LIBRO 5 RENDIMIENTO MAQUINARIA MINERA Carguío y Transporte
AUTOR: ALBERTO MONTENEGRO BOLBARÁN
INDICE GENERAL LIBRO 5 SECCIÓN 1 DISPONIBILIDAD Y UTILIZACIÓN MAQUINARIA INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 1
METODOLOGÍA AUTOR
CAPÍTULO 2
METODOLOGÍA ASARCO
SECCIÓN 2 RENDIMIENTOS CARGUÍO Y TRANSPORTE INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 1
CAPACIDAD MAQUINARIA
CAPÍTULO 2
TIEMPO CICLO
CAPÍTULO 3
CANTIDAD CICLOS POR DÍA
CAPÍTULO 4
RENDIMIENTO MAQUINARIA
CAPÍTULO 5
GRAFICOS RENDIMIENTO
SECCIÓN I
DISPONIBILIDAD Y UTILIZACIÓN MAQUINARIA MINERA
INTRODUCCIÓN SECCIÓN I El tiempo es una de las variables más importantes en los equipos mineros, debido a que está relacionado con dos indicadores fundamentales de los procesos mineros, estos son la Disponibilidad y la Utilización de la flota de equipos, que se definirán con más profundidad más adelante. En este texto consideramos que la premisa fundamental de los procesos mineros, corresponde a la ecuación indicada en el gráfico 3.1: PRODUCCIÓN = OPERACIÓN EQUIPOS + MANTENCIÓN EQUIPOS Gráfico 1.1 La disponibilidad de los equipos, relacionada con su mantenimiento, es responsabilidad del personal de mantención, y para cumplir con ello, tiene se le asigna recursos de: infraestructura, especialidades técnicas de mantenimiento, herramientas, insumos y repuestos. La utilización adecuada de los equipos y obtener su rendimiento, es responsabilidad del personal de operaciones. Para ello, tienen asignado los recursos de: equipos, personal que opera los equipos, infraestructura e insumos de operación. Para el cálculo de flotas, se requiere definir previamente los Tiempos involucrados en su cálculo y para ello a continuación consideramos dos enfoques, que son parecidos, pero tienen sus diferencias, estos son:
Metodología del autor de este texto Metodología de Asarco
CAPÍTULO I METODOLOGÍA DEL AUTOR Introducción En esta sección, se consideran los siguientes temas:
Tiempos Total Trabajo de la Mina Tiempo Mantención de los equipos Tiempo Disponible del Equipo Disponibilidad Tiempos de Interferencias Operacionales Tiempo Efectivo Operación Utilización Utilización absoluta
Los tiempos importantes a considerar, en esta metodología, se indican en el gráfico 4.2:
Gráfico 1.2
Los tiempos considerados en esta sección son promedio diario en horas/día. Y exceptuando el Tiempo Total, el resto de los tiempos, se calculan como promedio diario y por equipo, es decir, horas / día Equipo. Se considera los cálculos por día, debido a que en la minería en general la producción a cumplir es diaria, por ejemplo, ton/ día.
1
Tiempo Total Trabajo de la Mina
El tiempo total (TT) de trabajo diario de una mina depende de la demanda de mineral diaria (Dd) ton/día y de la capacidad de producción horaria (Ch) ton/h.
TT = Dd / Ch
(Horas / día)
Ejercicio 1.1 La demanda de mineral es 9.600 ton/día, calcular TT y los turnos posibles de trabajo, con las capacidades de producción horaria indicadas en la tabla 1.1 siguiente:
Ch (ton/h) 1200 600 400
Tiempo TT (h) Turnos de 8 horas 8 1 16 2 24 3 Tabla 1.1
Turnos de 12 horas
2
En general las minas trabajan las 24 horas diarias en turnos de 8 horas (A, B, C) o turnos de 12 horas (A y B) para aprovechar la alta inversión realizada en equipos.
2
Tiempo Mantención de los equipos
El tiempo de mantención (TM) promedio por equipo (h/día), se determina estadísticamente y corresponde a lo siguiente: TM = TMpl + TMf Donde, TMpl Tiempo mantención planificada diaria por equipo
TMf
Tiempo mantención a la falla o correctiva o reactiva.
Y el tiempo mantención planificada corresponde a: TMpl = TMpr + TMcc Donde: TMpr Tiempo Mantención Preventiva diaria TMcc Tiempo Mantención Cambio de Componentes
Ejercicio 1.2 Para una flota de 10 LHD, el tiempo de mantención mensual fue de 780 h/mes. Se planificaron 1 hora diaria de mantención preventiva por LHD y 10 cambios de componentes mayores de 24 horas cada uno, determinar: TMpr, TMcc, TMpl, TM y el TMf. TMpr = 1 h/día LHD
TMcc = 10*24 / 30*10 = 0,8 h/día LHD TMpl = 1 + 0,8 = 1,8 h/día LHD TM = 780 / 10*30 = 2,6 h/día LHD TMf = TM – TMpl = 2,6 – 1,8 = 0,8 h/día LHD En el capítulo, Mantención de Equipos Mineros, definiremos los tipos de mantenimiento planificado que actualmente se están utilizando en la minería.
El objetivo de la mantención planificada es reducir el tiempo de mantención a la falla o correctiva, al mínimo posible, pero siempre surgen las fallas imprevistas.
3
Tiempo Disponible del Equipo
Se define como Tiempo Disponible (TD) del equipo
TD = TT – TM
Ejercicio 1.3 Si consideramos TT = 24 h/día que puede trabajar los equipo, calcule el tiempo disponible para el ejercicio anterior. TD = 24 – 2,6 = 21,4 h/día LHD
4
Disponibilidad
La Disponibilidad (D) es el principal indicador de mantenimiento de los equipos mineros y se lleva el control estadístico por equipo y flota, diario y mensual. Este indicador es fundamental para el cálculo de flota y la planificación de producción de la mina. Se define como:
D = TD / TT = (TT – TM) / TT = 1 – TM / TT
Si,
TM = 0
D = 1 o 100 %
Si,
TM = TT
D=0
Ejercicio 1.4 Para el ejercicio anterior, calcular la disponibilidad del LHD:
D = 21,4 / 24 = 1 – 2,6 / 24 = 0,8917 o 89,17 %
En mejoramiento continuo, el aumentar la disponibilidad de la flota es responsabilidad de: Mantenimiento. Principal responsable. Debe reparar las máquinas en el menor tiempo posible. Reduciendo el Tiempo medio de Reparación. Operación de Equipos. Cuidando los equipos en su operación, evitando accidentes y no esforzarlos más allá de lo permitido.
La disponibilidad de la maquinaria fija, como: chancadores, correas, ventiladores, es alta, sobre el 95 %. La disponibilidad de la maquinaria móvil o equipos es menor que la maquinaria fija y varía alrededor del 70 al 90 %. Esto se debe a las condiciones de operación, donde operan estos equipos.
5
Tiempos de Interferencias Operacionales
Las interferencias operacionales son aquellas en que los equipos dejan de funcionar y con ello no cumplen su función principal. Estas interferencias significan en los equipos, un tiempo de detención, llamado tiempo de interferencias operacionales (Tio). Las principales interferencias son: Tiempo por cambios de turno del personal. Los operadores paran los equipos antes de terminar el turno. Los operadores que entran al turno no comienzan de inmediato a operar los equipos, Este tiempo es más significativo en caso de faenas con tres turnos, que faena con 2 turnos. Tiempo de colación del operador del equipo. Los operadores tienen programado diariamente su tiempo de colación, dejando los equipos detenidos. Tiempo necesidades personales. Necesidades biológicas y de comunicación con sus familiares. Tiempos por equipos sin operador.
Se producen por operador que no van a trabajar o por excesos de equipos. Le llaman también Tiempo de Reserva. Tiempos de tronaduras. Tronaduras de banco en cielo abierto o panel en mina subterránea. En estos casos por protocolos de seguridad se suspenden todas las actividades en el sector, quedando los equipos detenidos, hasta que termine el evento. Tiempo de falta de energía en los equipos. Electricidad en equipos que la requieran, por ejemplo pala de cable, locomotora. Petróleo en equipos con motores Diesel. Tiempo por falta herramientas de operación. Falta de bits, barras, triconos en equipos de perforación, tales como Jumbos. Tiempo por falta de insumos. Insumos como aire comprimido y agua. Tiempo por accidentes a personas y equipos. Tiempos por derrumbes y caídas de planchones Fallas de otros equipos Equipos en cola Se debe llevar estadísticas de todos estos tiempos, por equipo y flota, tanto mensual como diario.
Ejercicio 1.5 Para la misma flota de 10 LHD, que trabaja a 3 turnos, los tiempos por interferencias operacionales mensuales, se indican en la tabla 1.2:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
INTERFERENCIAS OPERACIONALES TIEMPOS (horas/mes) Cambios de turno 600 (3*40*10*30/60) Colación 450 (3*10*30*30/60) Necesidades personales 150 (3*10*10*30/60) Equipos sin operador 40 (5*8) Tronaduras 140 (7*2*10) Falta energía (petróleo) 10 (5*2) Accidentes 12 (2*6) Derrumbes 20 (1*10*2) Fallas otros equipos 28 (7*4*1) Equipos en cola 20 (10*2) Totales mes 1.470 Tabla 1.2
Determinar el tiempo de interferencias operacionales (Tio) por LHD y diario. Tio = Tiempo Total mensual / Flota*30
Tio = 1470 / 10*30 = 4,9 h/día LHd
6
Tiempo Efectivo Operación
El tiempo efectivo de operación (TE) se define como:
TE = TD – Tio = TT – TM – Tio Este es el tiempo en que los equipos están funcionando y cumpliendo su función principal. Con este tiempo se calcula la productividad o rendimiento efectivo del equipo.
Ejercicio 1.6 Para la flota LHD calcular el tiempo efectivo de operación (TE): TE = TD – Tio = 21,4 – 4,9 = 16,5 h/día LHD
Resumiendo, los resultados del ejemplo de la flota de LHD, se tiene:
Gráfico 1.3
7 Utilización La Utilización (U) es el principal indicador de operación de los equipos mineros y se lleva el control estadístico por equipo y flota, diario y mensual. Este indicador es fundamental para controlar la efectividad de flota cuando está operando en la mina. Se define como:
U = TE / TD
Ejercicio 1.7 Para el ejercicio de la flota LHD calcular la utilización:
U = 16,5 / 21,4 = 0,771
77,1 %
8 Utilización absoluta La Utilización absoluta (Ua) es el principal indicador de operación de los equipos mineros y se lleva su control estadístico por equipo y flota, diario y mensual. Este indicador es fundamental para el cálculo de flota y la planificación de producción de la mina. Se define como:
UA = TE / TT
o UA = D*U
Ejercicio 1.8 Para el ejercicio de la flota LHD calcular la utilización absoluta: Ua = 16,5 / 24 = 0,6875
68,75 %
Otra forma de calcular la Utilización absoluta es: Ua = D*U = 0,8917*0,771 = 0,6875
68,75 %
En mejoramiento continuo, el aumentar la utilización de la flota es responsabilidad de: Operación de Equipos. Principal responsable. Debe reducir las interferencias al mínimo posible, evitando accidentes y no esforzarlos más allá de lo permitido.
Mantenimiento. Debe reparar las otras máquinas o equipos, que están afectando la operación de la flota, en el menor tiempo posible. Reduciendo el Tiempo medio de Reparación.
La utilización de la maquinaria fija, como: chancadores, correas, ventiladores, es alta, sobre el 95 %. La utilización de la maquinaria móvil o equipos es menor que la maquinaria fija y varía alrededor del 60 al 80 %. Esto se debe a las interferencias operacionales que afectan la operación de estos equipos.
CAPÍTULO 2 METODOLOGÍA DE ASARCO Introducción La metodología ASARCO (American Smelting & Refinering Co.) se utiliza con frecuencia en la minería chilena, para la definición de conceptos y distribución de los tiempos en que el equipo, máquina o instalación incurren durante la operación. Es difícil encontrar el origen de esta metodología, es probable que sea de las mineras que posee ASARCO. Tampoco está claro que sea una norma. Los tiempos importantes a considerar, en esta metodología, se indican en el gráfico 2.1:
Gráfico 2.1
1 Tiempos de la Maquinaria La metodología considera los siguientes tiempos con su definición: Tiempo Nominal (TN): Tiempo durante el cual el equipo se encuentra físicamente en faena. Corresponde al Tiempo Total definido en la sección 4.1.1. Tiempo Mecánica (TM): En este ítem se encuentran los tiempos destinado tanto para Mantenciones Programadas y/o Reparaciones Electromecánicas de terreno. Corresponde al tiempo de mantención considerado en la sección 4.1.2. Tiempo Disponible (TD): Tiempo en que el equipo está habilitado y en buenas condiciones electromecánicas para operar. Corresponde al tiempo disponible definido en la sección 4.1.3. Tiempo Operativo (TO): Corresponde al tiempo que el equipo se encuentra operando en faena (con operador). La definición es poca clara, se debería llamar, tiempo operativo de los equipos con operadores, pero no decir que se encuentran operando en faenas. Este tiempo no es muy necesario. Tiempo Efectivo (TE): Tiempo que el equipo se encuentra realizando labores puras de producción (sin colas). Realiza tarea para la que fue adquirido. Este tiempo es el más importante. Concuerda con el tiempo considerado en la metodología del autor de este texto. A continuación, la metodología de ASARCO, clasifica los tiempos por interferencias operacionales en los siguientes tipos: Tiempo en Reserva (TR): Es aquel tiempo en donde el equipo estando en condiciones mecánicas de operación no es utilizado en labores productivas, ya sea por falta de operador o superávit de equipo en ese momento. En la metodología del autor de este texto, corresponde a tiempos por interferencias operacionales. Demoras Programadas (DP): Tiempo de detención Programada, Cambios y Medios Turnos. Corresponde a interferencias operacionales y abarca
otras actividades programadas como, tronaduras y necesidades personales y biológicas de los operadores. Demoras No Programadas (DNP): Tiempo de Detención No Programada, principalmente petróleo (camiones) y acomodos o limpiezas de cancha (palas). Corresponde a interferencias operacionales. Pérdidas Operacionales (PO): Tiempo de Pérdidas Operacionales, en donde el equipo se encuentra esperando en pala y/o chancado para camión y espera por camión para palas. También corresponde a interferencias operacionales.
Ejercicio 2.1 Seleccione los tiempos de interferencias operacionales indicados en la tabla 2.1, según la clasificación de la metodología de ASARCO:
Tiempos Equipos en reservas Demoras programadas Demoras no Programadas Pérdidas Operacionales TOTAL
Tiempos mensuales Flota (h) 40 (4) 1.340 (1,2,3 y5 ) 70 (6,7,8 y 9) 20 (10) 1.470 Tabla 2.1
De las definiciones anteriores de tiempos, la metodología ASARCO, define los Índices Operacionales que se muestran a continuación.
2
Disponibilidad Física (DF) DF = Tiempo Disponible / Tiempo Nominal
Puede ser su resultado en decimal o %. Corresponde, en la metodología de este texto a la disponibilidad.
3
Utilización (UT)
Puede ser su resultado en decimal o %. Corresponde, en la metodología de este texto a la utilización absoluta.
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Factor Operacional (FO) FO = Tiempo Efectivo / Tiempo Operativo
Puede ser su resultado en decimal o %. No se usa, en la metodología de este texto.
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% Reservas (%R) %R = 100*Tiempo Reservas / Tiempo Disponible
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% Pérdidas Operacionales (%PO) %PO = 100*Tiempo Pérdidas Operacionales / Tiempo Disponible
Ejercicio 2.2 La flota de Palas de Cable Eléctricas, registran los índices operacionales y tiempos, que se indican en la Tabla 2.2:
Indicadores Operacionales Disponibilidad (DF) % % Reservas (%R) % Pérdidas Operacionales Demoras Programadas (DP) min/turno Demoras No Programadas (DNP) min/turno Tabla 2.2
Valores 91 10 6 50 30
Determinar el Tiempo Disponible, Tiempo Mecánica, Tiempo Reservas, Tiempo Operativo, Tiempo Pérdidas Operacionales y el Tiempo Efectivo. Calcular los tiempos en horas por día de la flota. La Mina trabaja dos turnos de 12 horas cada uno, siendo su Tiempo Nominal de 24 horas diarias. Tiempo Disponible = D*Tiempo Nominal / 100 TD = 91 * 24 / 100 = 21,84 h/día Tiempo Mecánica = Tiempo Nominal – Tiempo Disponible TM = TN – TD = 24 – 21,84 = 2,16 horas/día Tiempo Reservas = % Reservas * Tiempo Disponible / 100 TR = 10*21,84 / 100 = 2,184 horas/día Tiempo Operativo = Tiempo Disponible - Tiempo Reservas TO = TD – TR = 21,84 –2,184 = 19,66 horas/día Tiempo Pérdidas Operacionales = %PO*Tiempo Disponible PO = %PO*TD / 100 = 6*21,84 / 100 = 1,31 horas/día
Tiempo Demoras Programadas DM = 2*50 / 60 = 1,67 horas/día Demoras No Programadas DNM = 2*30 / 60 = 1 hora/día Tiempo Efectivo TE = TO – PO – DM – DNM = 19,66 – 1,31 – 1,67 – 1 TE = 15,68 horas/día Los resultados y distribución de los tiempos se indican en el gráfico 3.5.
Gráfico 2.2
SECCIÓN II RENDIMIENTOS CARGUÍO Y TRANSPORTE
INTRODUCCIÓN SECCIÓN II En esta sección se define el concepto de rendimiento de equipos mineros y como se debe determinar. Esta sección abarcará a los equipos que cargan o transportan mineral o estéril, ya sea en mina subterránea o cielo abierto, tales como: palas, trenes y camiones. Contenido El contenido de esta sección abarcará los siguientes temas:
Definición de Rendimiento Capacidad del balde o tolva en toneladas Tiempo ciclo del equipo Cantidad ciclos por día Rendimiento de los equipos de carguío y Transporte
Se entenderá por rendimiento de un equipo minero, lo indicado en la siguiente ecuación:
RENDIMIENTO = UNIDADES DE PRODUCCIÓN / TIEMPO Gráfico 5.1
Las unidades de producción corresponden a la función principal del equipo, para lo cual fue adquirido. Las unidades de tiempo más utilizadas son horas y día. Ejemplos de unidades de rendimiento, para equipos de carguío y transporte de mineral, son los siguientes:
Camiones transporte mineral Palas de cable Trenes metaleros
Toneladas / hora o día Toneladas / día o hora Toneladas / hora o día
Objetivos
Introducir los conceptos asociados al rendimiento de equipos mineros. Identificar las variables que intervienen en el cálculo de rendimiento Resolver ejercicios de cálculo de rendimiento
CAPÍTULO 1 CAPACIDAD DE LA MAQUINARIA 1
Definición de Capacidad
Los equipos de carguío y transporte mueven material suelto, por lo tanto, la capacidad se define como:
Capacidad = Volumen*Densidad material suelto*Factor de llenado
Cómo es difícil de determinar la densidad del material suelto, para el cálculo de la capacidad se debe utilizar el factor de esponjamiento. Por ello, la capacidad de carguío o transporte se calcula con la siguiente ecuación:
V*Dï*Fll Capacidad = C = ----------------Fe
Donde,
C Capacidad de equipo (toneladas) V Volumen de la tolva o balde (m3) Fe Factor de Esponjamiento Fll Factor de llenado Di Densidad del mineral insitu (ton/m3)
Se observa que la capacidad del equipo, depende de las características del material fracturado, que se consideran en las variables Fll y Fe.
1.1 Volumen Tolva o Balde El volumen del balde o tolva, está especificado en los catálogos de los equipos, en las unidades metros cúbico (m 3) o yardas cúbicas (yd 3). Por ejemplo, tenemos:
Pala
Pala Cable PH 4100
Volumen Pala = 80 yd 3 o 61,2 m3
Tolva
Camión Caterpillar 797 F
Volumen Tolva = 340 yd 3 o 260 m3
1.2 Factor Esponjamiento
Esponjamiento es el incremento fraccional del volumen del material que ocurre cuando está fragmentado y ha sido sacado de su estado natural (volumen in situ) y depositado en un sitio no confinado (volumen no confinado). Puede expresarse como una fracción decimal o como un porcentaje. El mineral insitu al ser fracturado con la tronadura aumenta su volumen y disminuye su densidad, se tiene:
Vi
Di
Vs Ds
Di
Densidad mineral insitu ton /m 3
Ds
Densidad mineral suelto ton/m 3
Vi
Volumen mineral insitu m 3
Vs
Volumen mineral suelto m 3
Considerando que la masa de mineral (m)es constante, se tiene m = Di*Vi = Ds*Vs Ordenando, se tiene que el factor de esponjamiento es: Fe = Vs / Vi = Di / Ds Si determinamos el aumento de volumen unitario: ε = (Vs – Vi) / Vi = Vs / Vi – 1 = Fe – 1
Luego,
Fe = 1 + ε Donde, ε lo llamaremos esponjamiento
Algunos valores del factor esponjamiento se indican en la tabla siguiente: Material Grava Roca dura fracturada Roca dura
Factor Esponjamiento 1,2 1,6 1,8
También, se define el porcentaje de esponjamiento, como % ε = 100*(Vs – Vi) / Vi
En algunos textos definen el Factor de Conversión Volumétrica FCV, como FCV = Vi / Vs = 1 / Fe = 1 / (1 + ε)
1.3 Factor llenado El factor de llenado, ya sea de una tolva o pala se define como: Factor Llenado (Fll) = Volumen del Material / Volumen de la tolva En general el factor de llenado es menor que uno, en especial cuando la granulometría del material es más fina. Para el caso de colpas que sobresalgan de la tolva, este factor puede ser mayor que uno. Capacidad Ras Es el volumen contenido en la tolva o pala, después de nivelar la carga pasando un rasero sobre sus extremos.
Capacidad Colmada Es la capacidad ras más la cantidad
Algunos valores del factor de llenado se indican adicional que se acumula sobre la carga endel la tabla siguiente: material, manteniendo su ángulo de reposo.
Roca de Voladura Bien fragmentada Fragmentación mediana Mala fragmentación
Factor de llenado % 80 a 90 75 a 80 60 a 95
Ejercicio 1.1 Determinar la capacidad del balde de LHD Sandvik LH 208L, si el volumen del balde es 4,1yd 3,la densidad mineral del banco es 2,7 ton/m 3 , el esponjamiento 0,6 y el factor llenado de llenado 90 %.
Cb = Fll*Vba*Db / (1+ε) = 0,9*4,1*0,7645*2,7 / (1+0,6) = 3,1 ton
Ejercicio 1.2 Determinar la capacidad del balde de la pala de cablePH 4100 XPC, si el volumen de la tolva es 57,3 yd 3,la densidad mineral del banco es 2,7 ton / m 3 , el esponjamiento 0,6 y el factor llenado de llenado 90 %. Cb = Fll*Vba*Db / (1+ε) = 0,9*57,3*0,7645*2,7 / (1+0,6) = 67 ton
Ejercicio 1.3 Determinar la capacidad de la tolva del camión Cat 797 F si el volumen de la tolva es 350yd3, la densidad mineral del banco es 2,7 ton / m 3, el esponjamiento 0,6 y el factor llenado de llenado 90 %. Ct = Fll*Vt*Db / (1+ε) = 0,9*350*0,7645*2,7 / (1+0,6) = 406 ton
CAPÍTULO 2 Tiempo Ciclo Maquinaria 1
Definición de Tiempo de Ciclo
Los equipos de carguío y transporte en su operación realizan ciclos, a los cuales hay que determinar su tiempo. El ciclo está formado por las etapas de carguío, transporte, vaciado y retorno. Entonces la ecuación general del tiempo de ciclo es: Tc = Tca + Tt + Tv + Tr A continuación, se verán los tiempos de ciclos de los siguientes equipos: A. B. C. D.
Lhd mina subterránea Palas de cable o hidráulica mina cielo abierto Camión articulado subterráneo Camión minero mina cielo abierto
2 Tiempo Ciclo Lhd mina subterránea En esta sección se consideran dos tipos de proceso del LHD según el método de explotación del mineral, estos son:
Carguío en el punto de extracción, transporte y vaciado en el pique. Carguío en el punto de extracción, transporte y vaciado sobre camión.
2.1 Transporte Mineral Punto Extracción a Pique El primer tipo en general, se realiza en procesos como Panel Caving y Sub Level Caving. Es importante definir las distancias de transporte que debe recorrer la pala y las velocidades a usar. Esto se indica en el siguiente gráfico.
Ejercicio 2.1 Determinar el tiempo de ciclo de una pala que tiene asignado 10 puntos de extracción y dos puntos de vaciado. Las distancias involucradas se encuentran indicadas en el bosquejo anterior. Considere que el tiempo de carguío de la pala son 40 segundos y el tiempo de vaciado, considerando el tiempo de maniobra 70
segundos. Considere una pala Sandvik Toro LH 410 de 6 yd 3. Las velocidades de la pala se indican en la siguiente tabla: Zona Entrada punto extracción Salida punto extracción Recta cargado Recta vacío
Velocidades (km/h) 10 8 20 24
El tiempo ciclo de la pala se calculará mediante ecuación: Tca = Tc + Tts + Tt + Tv + Tr + Tte Donde: Tca Tts Tt Tv Tr Tte
Tiempo carguío Tiempo transporte salida punto extracción Tiempo transporte mineral Tiempo vaciado y maniobra Tiempo retorno vaciado Tiempo retorno entrada vacío
= 40 / 60 = 0,67 minutos = de / Vs = dh / Vt = 70 / 60 = 1,17 minutos = dh / Vr = de / Ve
Tts = 10 *60 / 1000*cos30*8 = 0,09 minutos Tte = 10*60 / 1000*cos30*10 = 0,07 minutos Las distancias en recta son distintas para cada punto de extracción, entonces tendremos 5 tiempos de ciclo de la pala. Distancia (m) 9 27 36 45 54
Ecuación cálculo 0,67+0,09+ 9*60/1000cos30*(1/20+1/24) +1,17+0,07 0,67+0,09+ 27*60/1000cos30*(1/20+1/24) +1,17+0,07 0,67+0,09+ 36*60/1000cos30*(1/20+1/24) +1,17+0,07 0,67+0,09+ 45*60/1000cos30*(1/20+1/24) +1,17+0,07 0,67+0,09+ 54*60/1000cos30*(1/20+1/24) +1,17+0,07
Tiempo Ciclo (minutos) 2,06 2,17 2,23 2,29 2,34
2.2 Transporte Mineral Punto Extracción a Camión El segundo tipo de extracción, se realiza en el proceso Sublevel Stoping (SLS). Donde se utiliza una pala, cargando mineral en la estocada o punto de extracción y vaciando sobre camión. El camión transporta el mineral a la planta de chancado. Para el cálculo del tiempo de ciclo, se deben determinar las distancias que recorrerá la pala y eso se indica en el bosquejo siguiente:
Ejercicio 2.2 Determinar el tiempo de ciclo de una pala que tiene asignado 5 puntos de extracción y carga mineral sobre camión articulado. Las distancias involucradas se encuentran indicadas en el bosquejo anterior. Considere que el tiempo de carguío de la pala son 40 segundos y el tiempo de vaciado, considerando el tiempo de maniobra 60 segundos. Considere una pala Sandvik Toro LH 308 de 4 yd3. Las velocidades de la pala se indican en la siguiente tabla: Zona Entrada punto extracción
Velocidades (km/h) 10
Salida punto extracción Recta cargado Recta vacío
8 25 30
El tiempo ciclo de la pala se calculará mediante ecuación: Tc = Tca + Tts + Tt + Tv + Tr + Tte Donde: Tca Tts Tt Tv Tr Tte
Tiempo carguío Tiempo transporte salida punto extracción Tiempo transporte mineral Tiempo vaciado y maniobra Tiempo retorno vaciado Tiempo retorno entrada vacío
= 40 / 60 = 0,67 minutos = de / Vs = dh / Vt = 60 / 60 = 1 minuto = dh / Vr = de / Ve
Tts = 15 *60 / 1000*cos30*8 = 0,13 minutos Tte = 15*60 / 1000*cos30*10 = 0,10 minutos Las distancias en recta son distintas para cada punto de extracción, entonces tendremos 5 tiempos de ciclo de la pala. Distancia Ecuación cálculo Tiempo Ciclo (m) (minutos) 0,67+0,13 + 25*60/1000cos30*(1/25+1/30) + 1 +0,1 25 2,03 0,67+0,13 + 45*60/1000cos30*(1/25+1/30) + 1 +0,1 45 2,13 0,67+0,13 + 65*60/1000cos30*(1/25+1/30) + 1 +0,1 65 2,23 0,67+0,13 + 85*60/1000cos30*(1/25+1/30) + 1 +0,1 85 2,33 0,67+0,13 + 105*60/1000cos30*(1/25+1/30) + 1 +0,1 105 2,43
3
Tiempo Ciclo Pala Mina Cielo Abierto
Las palas de cable, hidráulica frontal e hidráulica retro, posicionadas en las zonas de carguío, ya sea de mineral o estéril, realizan ciclos para cargar el camión. El ciclo abarca las siguientes etapas: Tca Carguío mineral, considerando acercamiento al banco del balde Tt
Giro, transportando el mineral
Tv
Vaciado material sobre el camión.
Tr
Giro, retornando a la zona de carga
El tiempo ciclo se calcula, usando la ecuación siguiente: Tc = Tca + Tt + Tv + Tr Los tiempos de ciclo de las palas, debido a la potencia de estas máquinas son de corta duración, en general son menores de un minuto.
Ejercicio 2.3 Determinar el tiempo de ciclo de la pala de cable CAT 6060, si los tiempos se indican en la siguiente tabla: Etapas Carguío balde Transporte mineral Vaciado mineral Retorno a zona carguío Tiempo Ciclo
Tiempos (segundos) 20 16 4 10 50
4. Tiempo Ciclo Camión articulado Subterráneo En general los camiones articulados, se utilizan para transportar el mineral desde la zona de producción al chancador primario, en el interior de la Mina. El tiempo de ciclo se calcula con la siguiente ecuación: Tc = Tca + Tt + Tv + Tr Donde, Tca Tiempo carguío Tt Tiempo transporte Tv Tiempo vaciado Tr Tiempo retorno En esta sección se consideran dos tipos de carguío del camión articulado según el método de explotación del mineral, estos son:
4.1
Carguío del camión, utilizando LHD. Carguío del camión, utilizando buzón
Carguío del camión, utilizando LHD.
En este caso el tiempo de carguío del camión depende del ciclo del LHD y se calcula con la ecuación siguiente: Tc = Np*Tcl Donde, Tcl
Tiempo ciclo LHD
Np = Ct / Cp
Cantidad paladas de llenado tolva
Ct
Capacidad tolva (ton)
Cp
Capacidad pala (ton)
El tiempo de transporte depende de la velocidad del camión y la distancia a recorrer. En el bosquejo siguiente se indica la distancia a recorrer por el camión.
Ejercicio 2.4 Determinar el tiempo de ciclo del camión, si la capacidad del balde es 10 ton y la capacidad de la tolva 50 toneladas. La distancia entre el punto de carguío del camión a la planta de chancado es 2400 m, indicada en el diagrama anterior. Considere el tiempo de ciclo del LHD, en 2,4 minutos. Las velocidades del camión cargado con mineral 25 kilómetros por hora y la del camión vació 30 kilómetros
por hora. El tiempo de descarga del camión en el chancador, incluyendo el tiempo de maniobra para aculatarse, es de 3 minutos. La cantidad de baldadas es: Nb = Ct / Cb = 50 / 10 = 5 baldadas El tiempo de carguío es Tca = Nb*Tcl = 5*2,4 = 12 minutos El tiempo de ciclo del camión es; Tc = 12 + 2,4*60*(1/25 + 1/30) + 3 = 15,2 minutos
4.2 Carguío del camión, utilizando buzón El tiempo de carguío en este caso, es lo que demora cargar el camión el buzonero, luego el tiempo de ciclo se calcula con: Tc = Tca + Tt + Tv + Tr
Ejercicio 2.5 Determinar el tiempo de ciclo del camión, si la distancia entre el punto de carguío del camión a la planta de chancado es 2400 m, indicada en el diagrama anterior. Considere el tiempo de carguío del buzón, en 4 minutos. Las velocidades del camión cargado con mineral 25 kilómetros por hora y la del camión vació 30 kilómetros por hora. El tiempo de descarga del camión en el chancador, incluyendo el tiempo de maniobra para aculatarse, es de 3 minutos. El tiempo de ciclo del camión es;
Tc = 4 + 2,4*60*(1/25 + 1/30) + 3 = 11,2 minutos
5 Tiempo Ciclo Camión Minero en rajo En general los camiones mineros, se utilizan para transportar mineral o estéril desde la zona de carguío al chancador primario, o al botadero respectivamente. El tiempo de ciclo se calcula con la siguiente ecuación: Tc = Tca + Tt + Tv + Tr Donde, Tca Tiempo carguío Tt Tiempo transporte Tv Tiempo vaciado Tr Tiempo retorno
En este caso el tiempo de carguío del camión depende del ciclo de la pala y se calcula con la ecuación siguiente: Tca = Np*Tcp Donde, Tcp
Tiempo ciclo pala
Np = Ct / Cp
Cantidad paladas de llenado tolva
Ct
Capacidad tolva (ton)
Cp
Capacidad pala (ton)
El tiempo de transporte depende de la velocidad del camión y la distancia a recorrer.
Ejercicio 2.6 Determinar el tiempo de ciclo del camión Cat 797 F que transporta mineral, si la capacidad del balde de la pala Cat 4100, es 100 toneladas y la capacidad de la tolva del camión Cat 797 F es 500 toneladas. Las distancias entre el punto de carguío del camión a la planta de chancado, se indica en la fotografía de la mina y tabla. Considere el tiempo de ciclo de la pala, en 0,7 minutos y el tiempo de posicionamiento del camión de 2,3 minutos. Las velocidades del camión se indican en la tabla siguiente y se obtienen de los gráficos de rendimiento según catálogo. El tiempo de descarga del camión en el chancador, incluyendo el tiempo de maniobra para aculatarse, es de 3 minutos. La pendiente es de un 9% y la rodadura un 3 %. Determine las velocidades, usando las curvas de rendimiento del catálogo del camión. Transporte en: Distancia (m) Pendiente con carga (12 %) 2700 Gradiente sin carga (12 %) 2700 Horizontal con carga 2000 Horizontal sin carga 2000 Total 4700
Velocidades (Km/h) 13 35 46 55
Con Carga en pendiente y Horizontal
Sin Carga en gradiente y Horizontal (con retardo)
La cantidad de baldadas es: Nb = Ct / Cb = 500 / 100 = 5 baldadas El tiempo de carguío es Tca = Nb*Tcp = 5*0,7 = 3,5 minutos El tiempo de ciclo del camión es: Tc = 6,5 + 2,7*60*(1/13 + 1/15) + 2*60*(1/46 + 1/55) + 3 = 37,6 minutos
Ejercicio 2.7 Determinar el tiempo de ciclo del camión Cat 797 F que transporta estéril, si la capacidad del balde de la pala Cat 4100, es 100 toneladas y la capacidad de la tolva del camión Cat 797 F es 500 toneladas. Las distancias entre el punto de carguío del camión al botadero, se indica en la fotografía de la mina y tabla. Considere el tiempo de ciclo dela pala, en 0,7 minutos. El tiempo de posicionamiento del camión de 2,3 minutos. Las velocidades del camión se indican en la tabla siguiente. El tiempo de descarga del camión en el chancador, incluyendo el tiempo de maniobra para aculatarse, es de 3 minutos. Transporte en: Pendiente (12 %) Gradiente (12 %) Horizontal con carga Horizontal sin carga Total
Distancia (m) 510 510 2000 2000 2510
Velocidades (Km/h) 13 15 40 45
La cantidad de baldadas es: Nb = Ct / Cb = 500 / 100 = 5 baldadas El tiempo de carguío es Tca = Nb*Tcp = 5*0,7 = 3,5 minutos El tiempo de ciclo del camión es: Tc = 6,5 + 0,51*60*(1/13 + 1/15) + 2*60*(1/40 + 1/45) + 3 = 19,6 minutos
CAPÍTULO 3 Cantidad Ciclos por día 1
Definición de Cantidad de Ciclos por día
La cantidad de ciclos por hora (Nch), se calcula con la siguiente ecuación:
Nch = 60 (min/h) / Tc (min/ciclo)
La cantidad de ciclos efectivos (Nce) por día, se calcula con la ecuación siguiente:
Nce = Nch*Te
(Ciclos / dìa)
Donde, Te = TT*D*U = TT*Ua Te
Tiempo efectivo diario
TT
Tiempo Total diario
D
Disponibilidad
U
Utilización
Ua
Utilización absoluta
Ejercicio 2.8 Calcular la cantidad ciclos por hora y día para el camión Cat 797 F del ejercicio 2.7, si la disponibilidad es 90 % y la Utilización 90 %. Considere un tiempo total de 24 horas por día: Nch = 60 / Tc = 60 / 35,4 = 1,7 Ciclos / Hora Nce = Nch*D*U*TT = 60*0,9*0,9*24 / 35,4 = 32,9 ciclos/día camión
CAPÍTULO 4 Rendimiento Maquinaria 1
Definición Rendimiento de Equipos Carguío
Se define el rendimiento de los equipos de carguío y transporte como: Re = Ct*Nce (ton/dìa) Donde, Ct
capacidad de la tolva o balde (ton)
Nce
Cantidad ciclos efectivo por día
Ejercicio 2.9 Determine el rendimiento horario y diario de la Pala Cat 6060, según los datos del ejercicio 5.6, donde el tiempo de ciclo es 50 segundos (50/60 = 0,833 minutos). La capacidad de la pala Cat 6060 es 65 toneladas. Si la disponibilidad es 90 % y la Utilización 90 %. Considere un tiempo total de 24 horas por día. La zona de carguío permite a la pala cargar camiones a ambos lados.
Reh = Cp*Nch = Cp*60 / Tcp = 65*60 / 0,833 = 4680,2 toneladas/hora pala
Red = Reh*D*U*TT = 4680,2*0,9*0,9*24 = 90.983 toneladas/día pala
En el caso de palas de cable, una forma de aumentar su rendimiento diario es disponer de zonas de carguío a ambos lados de la pala, ya que mientras la pala está cargando un camión, el camión siguiente se aculata en la otra zona de carguío, reduciendo el tiempo de espera de la pala.
Ejercicio 2.10 Obtenga una expresión del rendimiento de un camión minero en función de todas sus variables y comente respecto a ello: Reemplazando en la ecuación del Rendimiento, Ct y Nce, se tiene: Re = Ct*Nce = Vt*Di*Fll*60*Te/Fe*Tc
Re = 60*Vt*Di*Fll*D*U*TT / Fe*T c Luego, para mejorar el rendimiento de un equipo se debe aumentar:
Volumen tolva, con equipos de mayor capacidad. Esto lo ha hecho la minería con los LHD y camiones. Disponibilidad del equipo, reduciendo las fallas Utilización, reduciendo las interferencias operacionales Tiempo total de trabajo de la mina, de un turno a 3 turnos.
O reducir:
Factor esponjamiento, logrando una mejor granulometría del material. El Tiempo de ciclo, acortando las distancias.
CAPÍTULO 5 Gráficos Rendimiento Según Fabricante Los fabricantes en sus catálogos de equipos incluyen gráficos, indicando el rendimiento en función de la velocidad, distancia y pendiente a vencer. A continuación, veremos dos tipos de gráficos:
1
Camión articulado Terex 50 Camión minero Cat 795 A
Camión articulado Terex 50
Re = 60*CT / [Tc +Tv +60*(dt/Vt + dr/Vr)]
Re Rendimiento ton / h Ct capacidad tolva 50 ton Tc tiempo carguío min Tv tiempo vaciado min Tc + Tv = 3,75 min Vt velocidad transporte km/h
Vr velocidad regreso km/h dt distancia transporte mineral km dr distancia regreso camión km
Ejercicio 2.11 Calcular el rendimiento horario del camión Terex los datos son: Ct = 50 ton Tc + Tv = 3,75 min Pendiente 10 % dt = dr = 1.500 m Solución Según tabla del catálogo del camión se tiene para 10 % de pendiente, que Vt = 9,2 km/h y Vr = 30 km/h. Reemplazando en la ecuación, tenemos: Método analítico Re = 60*CT / [Tc +Tv +60*(dt/Vt + dr/Vr)] Re = 60*50 / [3,75 +60*(1,5/9,2 + 1,5/30)] Re = 181,5 ton/h Método gráfico
2
Camión minero Cat 793 F
Re = 60*CT / [Tc +Tv +60*(dcp/Vcp + dch/Vch + dvg/Vvg + dvh/Vvh)] Re Rendimiento ton / h Ct capacidad tolva ton Tc tiempo carguío min
Tv tiempo vaciado min Vcp velocidad carguío en pendiente km/h Vch velocidad carguío horizontal km/h Vvp velocidad vacío en pendiente km/h Vvh velocidad vacío horizontal km/h dcp distancia carguío en pendiente km dch distancia carguío horizontal km dvg distancia carguío en gradiente km dvh distancia vacío horizontal km En general dcp = dvg y dch = dvh
Ejercicio 2.12 (Control) Determinar el rendimiento efectivo horario y diario del camión Cat 793 F que transporta mineral, si la capacidad del balde de la pala Cat 7395, es 57 toneladas y la capacidad de la tolva del camión Cat 793 F es 228 toneladas. Las distancias entre el punto de carguío del camión a la planta de chancado, se indica en la tabla. Considere el tiempo de ciclo de la pala, en 0,8 minutos y el tiempo de posicionamiento del camión de 2,2 minutos. Obtenga las velocidades del camión según gráficos de rendimiento del catálogo. El tiempo de descarga del camión en el chancador, incluyendo el tiempo de maniobra para aculatarse, es de 3 minutos. La pendiente es de un 12 % y la rodadura un 3 %. El tiempo total de trabajo es de 24 horas, la disponibilidad del camión 90 % y su utilización 90 %. Transporte en: Distancia (m) Pendiente con carga (12 %) 2300 Gradiente sin carga (12 %) 2300 Horizontal con carga 1800
Velocidades (Km/h)
