UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y METALURGIA
RIELES, CARRITOS MINEROS Y LOCOMOTORAS
ESCUELA ACADÉMICA:
Ingeniería de Minas
AÑO Y SEMESTRE ACADÉMICO:
2015 – I
CICLO:
V
DOCENTE:
Ing. VILLAREAL SALOME Juan Pele
RESPONSABLES:
MOLINA ROSAS Erick Junior
HUARAZ – PERÚ 2015
INTRODUCCIÓN.-
El siguiente informe, dará a conocer todo relacionado a locomotoras y carritos mineros en la minería subterránea. Para ello empezaremos desde un concepto básico
de los rieles que son una de las barras metálicas sobre las que se
desplazan las ruedas de los trenes y tranvías. Los rieles se disponen como una de las partes fundamentales de las vías férreas y actúan como soporte, dispositivo de guiado y elemento conductor de la corriente eléctrica. La característica técnica más importante del ferrocarril es el contacto entre el riel y la rueda con pestaña, siendo sus principales cualidades su material, forma y peso. Luego de ello hablaremos acerca de los carritos mineros, la capacidad que tienen, que tipos de carritos mineros hay en la actualidad, y los huso que se da en la minería. Y por último hablaremos acerca de las locomotoras que son máquinas que arrastran carros de un tren (carros mineros) y son impulsados por medio de motores que funcionan con corriente continua, diésel, etc. También hablaremos acerca de los tipos de locomotoras que hay en la minería y partes de una locomotora, el uso y las medidas de seguridad que deben de existir dentro de una mina al operar este tipo de vehículos que son usados para el transporte de minerales, personal, etc.
VIA FERREA.La collera de rieles instalados soporta todo el material rodante y sirve de guía para el trayecto a seguir; y está constituido por los siguientes elementos: plataforma, balastro, traviesa, carril y accesorios.
PLATAFORMA.La plataforma viene definida por el perfil transversal y constituye el primer elemento resistente del camino.
BALASTRO.Es la capa de roca fragmentada que tiene por finalidad repartir la carga que trasmiten las traviesas sobre el piso; para vías principales de extracción se coloca una capa de 10 – 15 cm., que nivelará el piso y envolver a los durmientes los 2/3 de altura. Como balasto se puede emplear: cascajos, cantos rodados y grava de roca dura; 20 y 40 mm de cantos rodados y 3 a 20 mm en gravas, además debe tener un coeficiente de friabilidad que permita resistir y desmenuzarse por efectos de las cargas que debe soportar. Se coloca con la finalidad de: Repartir la carga que la traviesa le transmite al terreno y permite el drenaje del agua. Fija las traviesas en sentido longitudinal y transversal. Peso de rieles para locomotoras de 4 y 6 ruedas
Peso locomotora Peso del riel, libras por yarda Mínimo recomendado Mínimo recomendado toneladas cortas locomotora de 4 ruedas locomotora de 6 ruedas 2 12 – 16 4 16 – 25 5 16 – 25 6 20 – 30 8 25 – 30 10 30 – 40 20 – 30 13 30 – 50 25 – 40 15 40 – 50 30 – 40 20 50 – 60 40 – 50 25 60 – 70 50 – 60 30 75 – 85 60 – 70 35 80 – 85 70 – 80 40 85 – 90 75 – 85 50 95 – 10 85 – 95
Dimensiones de los durmientes en línea principal Sección Peso normal Clavo Espaciamiento durmientes pulgadas riel, lb/ yd pulgadas rieles de 30 pies, pulgadas Intermedios Empalmes 4x6 60 – 75 3½ x½ 21 ½ 16 5x7 60 – 80 4½ x ½ 22 ½ 22 ½ 6x8 85 – 100 5 ½ x 9/16 24 24 RIELES.Se denomina riel, a cada una de las barras metálicas sobre las que se desplazan las ruedas de los trenes y tranvías. Los rieles se disponen como una de las partes fundamentales de las vías férreas y actúan como soporte, dispositivo de guiado y elemento conductor de la corriente eléctrica. La característica técnica más importante del ferrocarril es el contacto entre el riel y la rueda con pestaña, siendo sus principales cualidades su material, forma y peso. HISTORIA: Los primeros rieles que se conocen datan de la Edad del Bronce, en el siglo V a. C., apareciendo nuevamente como rieles de madera para facilitar el transporte en las minas. La mejora de éstos en el sector minero fue lo que llevó a la aparición de los primeros carriles de hierro en el siglo XVIII en Alemania e Inglaterra, para convertirse en los carriles de acero en el siglo XIX. Los primeros carriles fueron pequeños rieles de fundición, que no aguantaban el paso de las ruedas por su fragilidad, con lo que se pasó al acero laminado mientras que se aumentaba su longitud y su duración (en algunas situaciones llegaban a durar solo 3 meses), a la vez que se le añadía el patín plano después de estudios sobre el perfil, y llegando a durar hasta 16 años. Ya en el siglo XIX aparecen las ruedas provistas de pestaña y la mejora de materiales, desde el acero pudelado, los sistemas Bessemer, Thomas y Martin, hasta los actuales aceros eléctricos y al oxígeno, permiten pasar de cargas sobre el eje de 3 a más de 30 toneladas, y velocidades máximas de 300 km/h (como el AVE español), e incluso pruebas a más de 500 km/h (como el TGV francés). FABRICACIÓN Y MONTAJE:
Por la laminación del acero en bruto se obtienen barras con el perfil requerido, que se cortan en tramos de 18 a 288 m. Para realizar el montaje se disponen las barras sobre los durmientes y se unen entre sí mediante eclisas y bulones, sujetándose al durmiente mediante algún sistema de fijación. También se ajusta la trocha y se alinea y nivela el conjunto. Después es usual, en las vías modernas, quitar las eclisas y bulones para sustituirlas por uniones soldadas. De esta forma se eliminan las juntas, punto en el cual se produce el mayor desgaste Perfiles usados: En el comienzo del transporte por ferrocarril se utilizaron rieles con dos cabezas, con la intención de que fueran usados nuevamente una vez que la cabeza en servicio llegara a su límite de desgaste. Posteriormente se vio que tal operación no era posible, dado que, al invertir su posición, no resultaban aptos para el tráfico debido al desgaste ocasionado por los durmientes en la superficie de apoyo, y se adoptó el perfil actual, denominado Vignole, el cual consta de una cara inferior ancha, destinada al apoyo sobre los durmientes, y una cara superior, más angosta y de mayor altura, destinada a guiar y sostener las ruedas. En sitios donde coexiste el tránsito carretero con el tráfico ferroviario se debe pavimentar la superficie, siendo usual que se utilicen rieles de tipo Vignole modificados mediante una garganta, la cual permite que se desplace por ella la pestaña de las ruedas del material ferroviario, al tiempo que actúa como límite del pavimento. En grúas es común emplear un perfil específico, denominado Burdach, con una forma más achatada y ancha que en el perfil Vignole. .
Riel antiguo Rieles Vignole
Riel de garganta
Riel Burdach
Partes del riel:
Cabeza/Hongo: Parte superior, que se utiliza como elemento de rodadura
Patín: Base, de anchura mayor que la cabeza, cuya superficie inferior es plana para su apoyo en la traviesa. Alma: Parte de pequeño espesor que une la cabeza con el patín. Durmientes:
Durmientes de madera: utilizando maderas (conocidas popularmente por 'traviesas') como pino, haya, roble, y de quebracho en Sudamérica, dependiendo del uso, el costo y durabilidad necesaria. Este tipo de durmiente proporciona como ventaja, la fácil manipulación por los obreros debido a su peso y su flexibilidad ante golpes o similares. Entre el riel y la durmiente se colocan unas pletinas o 'silletas' que se atornillan al durmiente y fijan el riel a ésta. Durmientes de hormigón: Los durmientes de hormigón pretensado o postensado tiene una mayor durabilidad que los durmientes de madera, su peso que ante la manipulación es una desventaja, resulta también ventajoso al proporcionar una mayor estabilidad de la vía. También garantiza una provisión ilimitada, ya que el durmiente de madera escasea y se encarece cada vez más. De hormigón monobloque, pesa aproximadamente 300 Kg. y está conformado por una armadura en su interior, recubierto por un solo bloque de hormigón. De hormigón bibloque, está conformado por dos bloques de hormigón de unos 70 cm. aproximadamente, unidos por un perfil de hierro en forma de T.
Tipos:
+
Dureza y materiales:
En cuanto a la dureza de los rieles, debe coincidir con la de las ruedas, siendo la dureza interna 341HB o superior. Esta dureza depende del tratamiento superficial (estructura microperlítica) y de los compuestos del acero de los rieles, que son: el hierro, carbono, silicio, azufre, fósforo, arsénico y otros minerales e impurezas. Tabla de materiales de los rieles
Porcentaje de material
Fabricados en Europa
Fabricados América
% de carbono
0,4 - 0,57
mayor a 0,57
% de manganeso
0,8 - 1,2
menor a 0,8
% de silicio
0,1 - 0,25
0,1 - 0,25
% de fósforo
máximo admisible 0,06
máximo admisible 0,06
% de azufre
máximo admisible 0,06
máximo admisible 0,06
Dureza del riel
Dureza Brinell, HB
Tipo de riel
Mínim o
Máximo
Rieles normales
300
-
en
Rieles de resistencia
alta
341
388
Fluencia en los aceros usuales en los carriles Concepto
Normal
Alta resistencia
Límite de fluencia, kg/cm2 mínimo
4920
7730
Límite de ruptura a la tracción, kg/cm2 mínimo
9840
11950
Alargamiento en 50 mm, % mínimo
9
10
Los rieles están dadas en lb/yarda o en Kg/m, La longitud estándar de una collera es de 30pies hasta 45 lb/yarda y 33pies de 50 lb/yarda a más. Al elegir los rieles debe tener en cuenta siguientes Condiciones: Superficie a tender la línea cauville. Peso de locomotora y capacidad de carros mineros. Espaciamiento entre traviesas, intensidad de tráfico. Esfuerzos que soporta el riel: 3 clases de fuerzas actúan sobre la vía de un riel: vertical, transversal y longitudinal: Esfuerzos longitudinales: los rieles tienden a desplazarse en el sentido del avance o de la gradiente. Esfuerzos transversales: Se producen en vía recta y curvas. Fuerzas verticales: En el reposo ejercen sobre la vía una carga estática /eje que tiende a flexionar el riel y en movimiento se presentan varios fenómenos: El movimiento del galope y balanceo lateral. Los choques debidos al peso sobre las juntas. En curvas, la desigualdad de repartición del peso entre la collera. SUPERELEVACIÓN O PERALTE.Es el desnivel existente entre los rieles, la exterior más elevada que interior para compensar la fuerza centrífuga en las curvas; Los esfuerzos que se transmiten a la vía en curvas, pueden reducirse a un esfuerzo de gravedad
(G) y Cada uno de estos esfuerzos puede descomponerse en dos fuerzas: una perpendicular y otra paralela a la vía y en sentido contrario. En ausencia de la fuerza centrífuga, el esfuerzo lateral sobrepasa el límite impuesto si: d > 0,08 s
•
Donde: d: Superelevación. s: ancho de la trocha
•
•
El peralte teórico está dada por: V2 s h=d= 127 R Para el peralte práctico se toma a los 2/3 del valor teórico. 2 V2 s h=d= 3 127 R s = T + 2 (g/2)
Dónde:
h
: Peralte teórico.
h
: Peralte práctico.
V
: Velocidad.
R
: Radio de curvatura.
s : Ancho de la vía más dos veces el de la cabeza el riel g
: Ancho de la cabeza del riel.
T
: Trocha.
semiancho
Tambien para el peralte se puede aplicar la siguiente formula:
e=
g∗V 2 32.2 R Dónde: E = peralte, pulgadas G = trocha, pulgadas V = velocidad, pies/segundo R = radio de curva, pies
Distanci a entre ejes de rueda pulgada s 18 20 22 24 26 28 30 34 36 38 40 42 44 48 54 60 66 72 84 96 108 144
Diámetro de las ruedas, pulgadas 14 16 18 20 22 24
6 7 7 8 8 9 10 11 12 12 13 14 15 16
7 8 8 8 9 10 11 12 12 13 14 15 16 18 18
8 8 8 9 10 11 12 12 13 14 15 16 18 20 22 25 29
8 9 10 11 12 13 14 14 15 16 17 19 21 23 26 30 34 39 52
9 10 11 12 13 14 14 15 16 17 19 21 23 26 30 34 39 52
11 12 13 14 14 15 16 17 19 21 23 26 30 34 39 52
26
28
30
33
36
13 14 15 16 16 17 19 21 23 26 28 33 37 43 56
15 16 16 17 19 21 23 26 28 33 37 43 56
16 16 17 19 21 23 26 28 33 37 43 56
20 22 25 28 31 34 39 45 51 68
22 25 28 31 34 39 45 51 68
DURACIÓN DE LOS RIELES: En los tramos rectos la pérdida de peso de la cabeza de los rieles es de 0,25 Kg/m por cada 10000,00 trenes que pasan. En las curvas: 0,36 Kg/m en el riel interior, y 0,64 Kg/m en el riel exterior.
Rieles que perdió 1/5 del peso de cabeza deben pasar a vías secundarias, y si pierden 1/2 del peso de cabeza retirarlos. Los rieles necesitan ser unidas por conexiones de cobre las que son soldadas o empernadas al riel. Como regla se recomienda conexiones: Nº 0 para rieles de 20 a 25 lb/yarda. Nº 00 para rieles de 30 a 35 lb/yarda. Nº 000 para rieles de 40 a 45 lb/yarda. Nº 0000 para rieles de 50 a 60 lb/yarda. RESISTENCIA AL RODAMIENTO DE LOS TRENES Las resistencias que se generan en los trenes sobre los rieles, pueden ser consideradas de las siguientes fuentes 1. Resistencia a la carga rodante 2. Resistencia al movimiento de la locomotora 3. Resistencia a las curvas. 4. Resistencia a la gradiente 5. Resistencia de la adherencia de las ruedas a la línea riel 6. Resistencia a la aceleración y desaceleración. RESISTENCIA A LA CARGA RODANTE: Esta resistencia depende de los cojinetes de los carros, condición de los rieles y en las minas varía del 1 a 2% de la carga bruta. En los cojinetes de rodamiento se3 considera de 20 libras por tonelada y en las bocinas de 30 libras por tonelada. RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DE LA LOCOMOTORA: Se considera 20 libras por tonelada de la locomotora. RESISTENCIA A LAS CURVAS: Esta resistencia depende de la magnitud de la trocha en las curvas, ancho y diámetro de las ruedas, velocidad, radio de curvatura, número de carros en las curvas, etc. Se considera 0.5 a1 libra por tonelada por grado de curva de la parte del tren contenida en la curva. RESISTENCIA A LA GRADIENTE: Para calcular la gradiente, se expresa en porcentaje en lugar de grados. Se considera 20libras por cada ciento de gradiente. En la resistencia a la gradiente se debe considerar el peso total de los carros cargados y la locomotora. La legislación peruana permite un máximo de gradiente de 6 x 1000 (0.6%). RESISTENCIA A LA ADHERENCIA DE LAS RUEDAS A LAS LÍNEAS DEL RIEL:
Esta adherencia depende del material de la rueda y la condición de la línea riel. Por ejemplo, la adherencia será menor si la línea estás mojada. Se estima en 20% para las de fierro fundido y 25% para las de acero, del peso de la locomotora. RESISTENCIA A LA ACELERACIÓN Y DESACELERACIÓN: Generalmente, esta resistencia es despreciada. Para propósitos mineros, es suficiente considerar una aceleración de 0.146 a 0.292 pies/segundo^2 igual a 0.1 a 0.2 millas por hora por segundo, que equivale de 10 a 20 libras por tonelada de peso de la locomotora más los carros cargados. En las minas subterráneas, es suficiente considerar una desaceleración de 0.146 pies/segundo^2. Un tren que viaja a la velocidad de 9,113 pies/segundo (10 km/hora) para en:
v2 s= 2a Dónde: S = distancia en pies. v = velocidad en pies/segundo a= desaceleración, pies/segundos^2
Remplazando: 2
s=
9,113 2 ×0,146
s=284,4 pies
ACCESORIOS PARA INSTALACION DE RIELES: Los principales accesorios de rieles tenemos: Eclisas, clavos de riel o escarpias, tirafondos, y placas de asiento (su uso es un gasto adicional pero es compensado debido a que: - Duran más los durmientes. - Trabajan mejor los clavos y tirafondos. - Ayudan a dar inclinación de 1/20 a rieles. CLAVOS Los clavos se miden debajo de la cabeza al extremo o punta, es decir, solamente el pin, y la sección es cuadrada Clavos rieleros
Pernos rieleros
Tabla 4.4 clavos de riel Dimensiones pulgadas 2 ½ x 5/16 2 ½ x 3/8 3 x 3/8 3 ½ x 3/8 4 x 3/8 3 ½ x 7/16 4 x 7/16 4 ½ x 7/16 4 x ½ 4½ x ½ 5 x 9/16 5 ½ x 9/16 6 x 9/16
Cantidad de clavos Peso recomendado en 200 lb de riele libras/ yarda 2 230 8 – 12 1 650 12 – 16 1 380 12 – 20 1 250 12 – 20 1 025 16 – 25 890 16 – 25 780 20 – 30 690 20 – 30 605 25 – 35 518 25 – 35 405 40 – 56 360 45 – 90 320 50 – 100
Materiales :
Materiales Rieles Durmientes Eclisas Pernos Clavos TOTAL :
Cantidad 2 7 8 16 28
Costo (US$) 35.56 21.33 15.24 8.89 8.89 89.81
La vida útil es de 20 años Por lo tanto los costos serán: 89.81 US $ 1 año 1 mes 1 dia cst de materiales= × × × 20 años 12 meses 26 dias 1 gdia cst de materiales=0.014 US $ /gdia CALCULO DE COSTOS EN INTALACIONES DE RIELES 1.-
2.-
CARRITOS MINEROS: Sirven para transportar mineral, relleno, otros como madera, cemento, etc., y personal.
Para transporte de mineral o de ganga o relleno está constituida por una caja o tolva, chasis o truque, ruedas y enganches o acoplamiento. La caja está confeccionada con chapas de acero, el fondo de la caja o tolva es redondeada o plano. La caja y el bastidor van unidos rígidamente o mediante articulaciones.
Las vagonetas de minas se caracterizan por los siguientes parámetros: Capacidad de carga útil. Tara. Coeficiente de tara. Número de ejes. Coeficiente de resistencia al movimiento. Capacidad.- Se dividen en 3 categorías: Pequeñas : hasta 1,3 m3. Medianas : de 1,3 m3 a 2,7 m3. Grandes : > a 2,7 m3. Tara (qm).- Es el peso del carro minero sin carga. Coeficiente de tara (kt).- Es el cociente del peso del carro minero vacio a su carga útil , varía de 0,4 a 0,7. Se calcula con la siguiente relación: qm kt = ──── Vδ
V
: Capacidad del carro minero (m3 o en pies3).
δ
: Peso especifico del material transportado.
Número de ejes.- Todos son de dos ejes. Tipos de vagonetas de minas Según la forma de descarga se clasifican en: Tipo cuchara.- Son de volteo frontal en una radio de 360°; construcción liviana y operación manual. Capacidad de 0,50 m3, para trocha de 20”. Tipo “V”.- De volteo lateral, diseñados para trabajos pesados y de acarreo rápido, ruedas de 14” ø aseguran su estabilidad, Cuentan con un seguro de volteo accionado con el pie que permite que el volteo de tolva sea hacia el lado opuesto del operador. Tipo “U”.- De volteo lateral; es el más difundido por su facilidad para ser accionados manualmente o con locomotora, cuentan con un
seguro de volteo accionado con el pie que permite el volteo de tolva sea hacia el lado puesto del operador. Tipo Gable (caja fija y puertas laterales).- Tienen la base del cajón en forma de “V” invertida a 45°, con puertas laterales para descargar sin necesidad de voltear el carro; basta solamente abrir manualmente y el mineral cae por sí mismo. Tipo Gramby.- De volteo lateral a través de su 5ta rueda por una rampa ubicada a un lado de línea cauville y pistón neumático. Se emplean para transporte de grandes toneladas, con capacidades de 60, 70, 80,100,120 pies3. Son para trochas de 24” a 26” de ancho. Modelos de carritos mineros: Modelo U-35 Longitud de la tolva : 1510 mm. Ancho de la tolva: 800 mm. Largo de la tolva: 800 mm. Espesor de la plancha: 3/16’’ Diámetro de la rueda : 12’’ Pintura base anticorrosiva, acabado esmalte.
Modelo U-24 Ancho de la tolva: 770 mm. Alto de la tolva: 870 mm. Largo de la tolva: 890 mm. Diámetro de rueda: 12" Espesor de plancha: 3/16" Capacidad: 0.54 metros cúbicos, aproximadamente 1025 Kg. de material con una densidad de 1900Kg / metros cúbicos
Cambio y carguío de carros minero:
Una vez lleno el carro 1, el operador pisa la palanca de desacople con su pie derecho y el ayudante acopla el carro a la locomotora. - El operador sube a la locomotora y traslada el carro 1 hasta pasar el desvío hacia un desquinche de unos 3 m de largo, donde se encuentra un carro metalero 2 vacío. - El ayudante empuja el carro vacío 2 hasta acoplar al convoy, delante del carro cargado 1. El operador mueve la locomotora con los dos carros hacia delante, entra al desquinche y deja el carro vacío 3 y se va al tope para proceder al carguío del carro 2 - De esta manera se continúa hasta llenar todos los carros del convoy y luego el operador y su ayudante trasladan el convoy hasta un paso de mineral (ore pass), si el material que se traslada es mineral, o hasta un paso de caja (waste pass), el material es caja o hasta la parrilla del ingenio. - Estos desvíos, para el cambio de carros, no deben estar situados a más de 50 m del frente de trabajo. Posteriormente estos desquinches pueden ser utilizados para refugios o para acopio de materiales.
Costo: Costo por guardia es de 0.57 US$ por lo tanto se tiene dos carritos mineros se tendrá: costo de carro minero=2× 0.57=1.14 US $ /gdia
LOCOMOTORAS.Se denomina así a cualquier tipo de vehículo autopropulsado utilizado en vías férreas o ferrocarriles para impulsar o arrastrar otros tipos de unidades rodantes. Las locomotoras se diferencian de otros tipos de vehículos de vías férreas
autopropulsados en que sólo se utilizan como unidades de arrastre y no están diseñadas para el transporte de pasajeros o de cargas. Pueden ser a vapor Eléctricas o Diésel, sin embargo esta última es la más utilizadas para el traslado de cargas puesto que no están expuestas a la falla del suministro eléctrico y son menos contaminantes que las de vapor. Las locomotoras son utilizadas para el traslado de cargas cuando se tienen áreas para el traslado ya definidas y que además la ruta a cubrir esta establecida y está acordado que será la misma durante largo tiempo. Inicialmente constituyen una fuerte inversión.
Tipos de locomotoras: LOCOMOTORAS A AIRE COMPRIMIDO: Son máquinas que cuentan con unos recipientes o botellas de aire comprimido de 700 litro de capacidad aproximadamente, que son transportados por la locomotora para su accionamiento. El aire comprimido con presión de 200 a 3000 psi, pasa a una cámara de expansión donde es reducida a 200 ó 300 psi, y recién acciona a los motores neumáticos
Ventajas: Buena seguridad. No causa problemas por corrientes eléctricas ni gases tóxicos. Desventajas: Requiere de instalaciones especiales de aire a alta presión en superficie, para enviarla al interior de la mina por una red especial de tuberías. Tiene un rendimiento deficiente Locomotoras a diésel.Son versátiles y tienen elevado coeficiente de tracción, pero hay que ser cuidadosos en la elección del tipo de motor. Ya que la altura sobre el nivel del mar y la temperatura afectan la perdormance. de
preferencia deberá usarse un motor enfriado por aire, con turbo admisión y transmisión hidrostática. El problema de estas máquinas es la emisión de gases tóxicos, lo que a la mina a tener un sistema de ventilación que cumpla con los requerimientos de aire estipulados en el código nacional de minera. Son accionados por motores de combustión interna, se emplean para transporte de grandes toneladas de mineral por los niveles principales de la minas y desarrollan velocidades de 15 a 50 Km/h Ventajas: Posee gran radio de acción y Es fácil de operar. No requiere de una instalación previa para operación aparte de la línea de cauville Desventajas: No es posible su utilización en lugares donde la ventilación es deficiente. Está latente el peligro de incendio, toxicidad de los gases de escape e inflamación del gas grisú si se usa en minas de carbón. Deben contar extintores contra fuegos. Locomotoras a batería: Las locomotoras a batería son muy versátiles, generalmente las minas pequeñas y algunas medianas las tienen en operación. Cuando se deba calcular el tamaño de una locomotora, también debe calcularse la capacidad en amperios hora de la batería que es la fuente de energía. Solo el haber calculado correctamente ambos, nos dará una operación segura y eficiente durante el ciclo de trabajo previamente calculado. Las locomotoras a batería tienen por norma tener 02 bancos de batería: un banco en operación y el otro en carga (para la 2da. guardia) No es recomendable hacer trabajar una locomotora con un solo banco de batería, porque reduce el rendimiento de la máquina y acorta sensiblemente la vida útil del banco de batería. En sí, son locomotoras eléctricas que funcionan con corriente eléctrica continua generada por unos acumuladores del tipo ácido o básico o de ferroníquel (alcalinas) conectados en paralelo (24 V) y que son transportados por la misma locomotora. Desarrollan velocidades de trabajo de 10 a 15 Km/h., y debe contar con 2 juegos de baterías, uno en operación y otro en carga. Ventajas: Se puede transportar a cualquier lugar donde existe riel.
Es muy fácil de operar. Responde rápidamente a los controles. No requiere de instalación previa para la operación. Desventajas: Requiere de una estación de carguío de baterías. No se puede utilizar en el transporte de grandes tonelajes. Tiene limitaciones de capacidad debido a la poca duración de la batería. Locomotoras a trolley.Son las más eficientes, si bien el costo inicial es más elevado, los beneficios que reporta tener este sistema, aparte de confiabilidad es el rendimiento, lo que se traduce en un menor costo/beneficio, una línea de trole bien instalada con todos sus elementos de protección y seguridad, y con la consiguiente correcta ubicación de los rectificadores a lo largo de la línea., siempre permite que las locomotoras estén alimentadas con una tensión de +1- 10% de la tensión nominal de sus motores. El código de minería da las pautas necesarias referentes a la sustentación de la línea, así como la altura mínima permisible. Para su funcionamiento requieren de corriente continua de 220 a 255 voltios, y desarrollan velocidades de 10 a 30 Km/h. Generador o transformador de corriente continua, cable conductor aéreo de cobre, de sección transversal en forma de 8 para su fácil instalación mediante grampas, aisladores y varillas de anclaje. Línea de cauville, donde sus eclisas deben estar soldadas a ambas rieles con trozos de alambre de cobre para evitar las resistencias eléctricas. Ventajas: No genera gases tóxicos. Son compactos y simples de operar. Se utilizan en el transporte de grandes tonelajes a grandes distancias por los niveles principales de la mina. El costo de energía consumida es menor comparado con otros tipos de locomotoras. Desventajas: Se usa solo en labores donde existe línea a trolley. Su instalación inicial es cara. El sistema es peligroso por los riesgos de electrocución. No es posible usarlo en minas de carbón
FUERZA DE TRACCIÓN DE LA LOCOMOTORA La fuerza de tracción teórica de una locomotora con ruedas de fierro fundido es de 20% y de acero 25% de su peso. Cuando se usa arena, estas fuerzas aumentan a 25 y 30% respectivamente. Esta fuerza debe ser por lo menos 15% mayor a la resistencia del tren. La fuerza de tracción se calcula con la siguiente formula.
F=L× Rt +W × Rt
Dónde: Rt= Rr + 20xG hacia arriba. Rt= Rr + 20x(-G) hacia abajo.
FUERZA DE FRENADO DE LA LOCOMOTORA Esta fuerza se asume de 80 a 85% de la fuerza de tracción. Cuando se frena o para la locomotora, la gravedad ayuda con 20 libras por tonelada corta por cada por ciento de gradiente hacia abajo. También se puede calcular con las siguientes formulas: Fuerza de frenado hacia abajo: F = 2 000 AL + W (Rt – 20G) – L (20G) Fuerza de frenado hacia arriba: F = 2 000 AL + W (Rr – 20G) + L (20G) figura 20 Dónde: A = adherencia a nivel, expresado en decimales ruedas de fierro fundido = 0.20 ruedas de acero = 0.25 L = peso de la locomotora, toneladas cortas W = peso de la carga rodante (peso de carga + peso carros), toneladas
cortas Rt = resistencia de los cojines de los carros, libras por tonelada corta
Rr = resistencia de los cojines de a locomotora, libras por tonelada corta G = gradiente, por ciento
PESO DE LOS CARROS VACÍOS Estos varían de 46 a 63% del peso neto de la carga
CICLOS DE TRANSPORTE Estimar el tiempo de ciclo es difícil. Para hacer el ciclo más rápido se dispone de instalaciones y dispositivos tales como parrillas, martillos neumáticos o hidráulicos para romper las rocas mayores a la luz de las parillas, compuertas accionadas por pistones, tolvas, carros con tolvas traslapadas, mecanismos para vaciar, carros, locomotoras en tándem equipadas con controladores magnéticos o neumáticos para duplicar la fuerza de tracción y otros.
DETERMINACIÓN DEL PESO LA LOCOMOTORA 1. Cuando se considera la aceleración: Una de las fórmulas de amplio uso para su determinación es la siguiente: W (F+ 20 G+100 a) L= 480−20 G−100 a 2. Sin considerar la aceleración: Una de las fórmulas de mayor uso para gradientes a nivel o hacia arriba es la siguiente: W ( F +20 G) L= 2000 A−20−20 G Dónde: L = peso de la locomotora, toneladas cortas a=¿ 0.1 a 0.2 mphps (millas por hora por segundo) = 0.146 a 0.292 pies/segundo2 W = peso de la carga rodante, toneladas cortas G = gradiente, por ciento F = resistencia a la carga rodante en función de W, libras por tonelada corta A = adherencia a nivel, expresado en decimales ruedas de fierro fundido = 0.20 ruedas de acero = 0.25 Cuando se utiliza ruedas de acero en una locomotora a troley, la adherencia A es igual a 0.25 entonces se tiene: W (F+ 20 G) L= 480−20 G
COSTO DE LOCOMOTORA POR GUARDIA.
Costo por guardia es de 23.81 entonces se tendrá que: costo de la locomotora=23.81US $ / gdia
FACTORES QUE DETERMINAN LA ELECCIÓN DEL TAMAÑO Lo fundamental para la elección es que el peso adherente de la máquina elegida sea el apropiado para que desarrolle el efecto de tracción necesario para poder arrancar y mover el tren con su máxima carga y con la máxima gradiente en contra Lo siguientes factores de diseño pueden afectar el efecto de tracción: distribución de peso relación de la potencia en caballos de fuerza del motor (o motores) con respecto al peso de la locomotora. La maquinaria debe ser capaz de suministrar una razonable aceleración y mantener una reserva de fuerza.
UNIDADES Y ABREVIATURAS En el presente trabajo, las unidades: Distancia Peso Fuerza Energía que intervienen serán expresadas, salvo indicación contraria, con las siguientes abreviaturas; Distancias en metros (mts.), Pesos en toneladas métricas Fuerzas en kilogramos (kg.), Velocidades en kilómetros por hora (k/h), Aceleraciones en kilómetros por hora por segundo (Km/hora/seg) Potencia mecánica en caballos de fuerza (hp), Energía en kilowatt hora (kwh).
Fuerzas que actúan sobre un tren
Las fuerzas que tienden a acelerar un tren, son el esfuerzo desarrollado por el motor o los motores y la componente de peso en la dirección de la veta cuando se trata de tramos descendentes. Las fuerzas que retardan el movimiento del tren son: Las diferentes fuerzas de rozamiento, la componente del peso en las subidas, y además el esfuerzo de fricción de los frenos. Todos los esfuerzos de rozamiento, excepto el de frenado, se tienen en cuenta conjuntamente bajo la denominación de resistencias del tren.
Esfuerzo de tracción Es la fuerza neta ejercida por el motor en las ruedas motrices de la locomotora venciendo las resistencias y el propio peso de la locomotora El esfuerzo de tracción se expresa en libras fuerza o en kilogramos/fuerza y generalmente está referido a una velocidad especifica dentro de la curva esfuerzo de tracción-velocidad que los fabricantes tienen preparada para cada tipo de locomotora (curva de rendimiento).
Coeficiente de adherencia El coeficiente de adherencia es aquel que depende de las condiciones en que se encuentra la línea de riel Tabla no 1 Tabla de coeficientes de adherencia
estado del carril limpios y secos húmedos y limpios húmedos con barro húmedos con grasa con nieve
valor coeficiente 0.25 a 0.20 0.20 a 0.18 0.16 a 0.14 0.14 a 0.11 0.11
El uso de arena mejora notablemente el valor del coeficiente de adherencia. Disposición de ruedas en locomotoras eléctricas 00
00 00
b
b-b
Los fabricantes de locomotoras tienen preparado un cuestionario referido al lugar donde va a operar la locomotora, a fin de poder efectuar el cálculo y diseño de la máquina. En atención a los datos suministrados. Este cuestionario es enviado al cliente, previa a la concertación de la venta.
Se adjunta copia del mencionado cuestionario del fabricante de las locomotoras “Clayton”. resistencias, procedimiento de cálculo y valores asignados resistencias.- se determinan en lbs/ton o en kg/ton. las mismas que se han hallado a base de pruebas y experiencias propias de cada fabricante. resistencia al arranque (ra) Locomotora: 12 kg/ion Carro minero pequeño:
13.5 kg/ton
Carro minero grande:
11 kg/ton
resistencias a la rodadura (rd) Locomotora: 9 kg/ton Carro minero pequeño:
9 kg/ton
Carro minero grande:
7 kg/ton
resistencia a la gradiente (rg) Kg/ton = 1000 x elevación vertical / longitud gradiente Expresado en gradiente es: 1 % = 10 kg/ton resistencia a la curva (rc) rc= (135 (b+g)) / r b = distancia entre cada eje, en mts. g = trocha en mts. r = radio de la curva más cerrada en mts. resistencia total (rt) rt = rd + / - rg + rc = kg/ton rd = resistencia a la rodadura rg = resistencia a la gradiente (+/-) rc = resistencia a la curva
potencia Las fórmulas que se indican incluyen un 10% menos por pérdidas en la transmisión:
potencia del motor en kw kw = (efecto de traccion x velocidad) / 326 potencia en hp hp = (efecto de traccion x velocidad) / 243 efecto de traccion: kilogramos Velocidad: kilómetros por hora Definición de conceptos 1) máximo esfuerzo de tracción posible El máximo esfuerzo posible que pueden desarrollar las ruedas motrices de una locomotora es el producto del coeficiente de adherencia por el peso en kilogramos aplicado a las ruedas motrices tenemos el siguiente Ejemplo: Una locomotora de 12tm de peso que opera en una galería principal de extracción, y que presenta la disposición tipo e de ruedas, es decir 4 ruedas que son motrices. la condición de la vía es permanentemente mojada. Aunque limpio, por lo que el coeficiente de adherencia asignado es 0.15. Determinar el máximo esfuerzo de tracción posible que puede desarrollar esta locomotora. Solución Peso adherente: 12tm =
12,000 kg.
Coeficiente de adherencia =
0.15
(ver tabla n°1)
m.e.t.p. = peso locomotora kg x coeficiente adherencia: 12,000 x 0.15 = 1,800 kg. Si el estado que presenta la vial es de rieles limpios y secos, el coeficiente de adherencia seria 0.25 y el máximo efecto de tracción posible: 12,000 x 0.25= 3,000 kg. Una línea férrea con rieles limpios y secos permite que la maquina desarrolle mejor su efecto de tracción y por ende la capacidad de arrastre. 2) esfuerzo de tracción necesario El esfuerzo de tracción necesario que requiere desarrollar el motor o motores de una locomotora para poder jalar un tren que pesa (wt) más el peso propio de la locomotora (wl), venciendo las resistencias aunadas que se oponen, se define por la siguiente formula: e.t.n. = rd +/- rg + rc (wt+wl) = kg donde:
etn = esfuerzo de traccion necesario kg rd = resistencia a la rodadura kg/tm rg = resistencia a la gradiente kg/tm rc = resistencia a la curva kg/tm wl = peso del tren tm wl = peso de la locomotora tm Ejemplo Determinar el esfuerzo de tracción necesario que desarrolla una locomotora de 6tm, para que jale un tren compuesto de 10 carros tipo granby de 80 pies cúbicos. Datos adicionales peso carro vacío: peso carro cargado: gradiente curva = distancia ejes carros: coeficiente de adherencia = rd = rg = rc =
2.3 tm 6.8 tm 5/1000 30mts. 1 mt. 0.20 9 kg/tm 5 kg/tm 7.93 kg/tm
Calculo de esfuerzo de traccion - saliendo en carros cargados, gradientes (-) ETS = 9-5+7.93 (68+6) = 882.82 kg. - entrando con carros vacios, gradiente (+) ETE = 9 + 5 +7.93 (23+6) =635.97 kg. Máximo esfuerzo de tracción posible que puede desarrollar la locomotora: M.E.T = 6000 kg x 0.20 = 1200kg. Resumen a) Esfuerzo de traccion saliendo - 882.82 kg. b) Esfuerzo de traccion entrando - 635.97 kg. c) Máximo esfuerzo de traccion teórico - 1200.00 kg. Porcentaje de esfuerzo de traccion usado = 882.28 kg / 1200kg = 73.52% La reserva de fuerza para aceleración 100% - 73.52 = 26.48%
FUERZA EN ACOPLAMIENTO La fuerza en el acoplamiento o en gancho de arrastre de la locomotora se calcula mediante la siguiente formula: F.A. = peso total del tren x resistencia total = kg En el ejemplo anterior determinamos que la resistencia total tenía 2 valores, una cuando la locomotora sale cargada y con la gradiente a favor (-) y el otro valor cuando entraba a la mina con carros vacios y gradiente en contra (+). RT1= 11.93 kg/tm RT2 = 21.93 kg/tm PROCESO DE CÁLCULO TRABAJOS EN MINERÍA
DE
UNA
LOCOMOTORA
1.- Datos requeridos 01) cantidad de mineral a transportar por día (tm) 02) peso específico del mineral roto 03) guardias por día 04) horas de trabajo efectivo por guardia 05) distancia a transportar 06) gradiente de galería (%) 07) trocha de la vía (mts.) 08) radio de la curva más cerrada mts. 09) velocidad requerida de la locomotora (estimada) - entrando con carros vacíos - saliendo con carros cargados 10) disponibilidad mecánica (estimada) 11) factor de demoras operativas por simultaneidad 12) carro minero tipo: - capacidad - peso vacío - peso cargado - distancia entre ejes (mts.) - tipo de cojinetes
ELECTRICA
PARA
2.- CONSIDERACIONES ASUMIDAS A) Velocidades máximas consideradas: BATERÍA:
8 KM/HR
TROLE:
10 KM/HORA
B) Disponibilidad mecánica (tiempo empleado en el mantenimiento y reparación) NUEVA:
90 %
USADA:
75 %
C) Factor de trabajo: esperas del carguío y/o descarga debido a que más de una locomotora carga o descarga en el mismo lugar 65-90% 3.- DISTANCIA DE TRANSPORTE Y VELOCIDADES 3.1 Conversión de km/hora a mts/minuto a) b) c) d) e)
KM / HORA 3 5 8 10 12
MTS / MINUTO 50 83.33 133.33 166.6 200
3.2 TIEMPOS a) ENTRANDO CON CARROS VACIOS: TRAMO A: DISTANCIA MTS / VELOCIDAD MTS/MIN = TRAMO B: DISTANCIA MTS. / VELOCIDAD MTS/MIN = TRAMO C: DISTANCIA MTS. / VELOCIDAD MTS / MIN =. TIEMPO TOTAL ENTRADO = b) SALIENDO CON CARROS CARGADOS: TRAMO A: DISTANCIA MTS / VELOCIDAD MTS/MIN = TRAMO B: DISTANCIA MTS / VELOCIDAD MTS/MIN = TRAMO C: DISTANCIA MTS / VELOCIDAD MTS/MIN = TIEMPO TOTAL SALIENDO = c) TIEMPO CARGA DE CARROS
Como se conoce la carga a transportar y a tipo de carro minero. se estimara la cantidad de carros requeridos y se daba un tiempo para cada carro de acuerdo a experiencia. d) TIEMPO DE DESCARGA Si se usa el volcador de carros, este tiempo se incluye en el viaje de ida de la locomotora, pero si el volteo es manual, tomar el tiempo necesario. e) TIEMPO CICLO TOTAL TRANSPORTE (IDA Y VUELTA) + CARGA + DESCARGA = f)
TIEMPO EFECTIVO DE OPERACION POR HORA (60 MIN. x DISP. MECANICA x FACTOR DE TRABAJO)
4.- VIAJES 4a) Cantidad de viajes por hora Tiempo efectivo de operación por hora / tiempo ciclo = 4b) Viajes por guardia Horas efectivas por guardia x viajes guardia = 5.- CANTIDAD DE MINERAL TRANSPORTADO 5a)
por viaje = tm guardia / viajes guardia =
5b)
por hora =
viajes hora x tmviaje =
6.- CALCULO DEL CONVOY 6a)
Peso a transportar por viaje
=
6b)
Capacidad de la tolva de carro en =
6c)
Capacidad de carga = Densidad mineral x capacidad de la tolva de carros mts 3 =
6d)
Cantidad de carros Peso a transportar por viaje / capacidad del carro
6c) Peso total a transportar por viaje Peso por viaje + (# de carros x peso carro vacío)
7.- CALCULO DE LA LOCOMOTORA 7a)
Resistencias: A la rodadura
(rd)
Carro minero Grande -
chico -
9 kg/ton
7 kg/ton
A la gradiente (rg) RG = (1000 x altura vertical) / longitud gradiente = A la curva (rc) RC = (135 x (distancia ejes + trocha de vía)) / radio de curva más cerrada
* Resistencia total a) Entrando: = RTE = RD + RG + RC b) Saliendo = RTS = RD - RG + RC Nota para efectos de cálculo de la locomotora se toma el valor mayor. 8.- FUERZA EN EL ACOPLAMIENTO Peso del convoy x resistencia total saliendo = 9.- PESO DE LA LOCOMOTORA NECESARIA (Agregar un 10% más a la fuerza obtenida en el acoplamiento en atención al esfuerzo que tiene que realizar la locomotora para mover su propio peso) w1
=
o o
fuerza en el acoplamiento / (150 - resistencia total saliendo)
Basado en 15% de coeficiente de adherencia (150 kg/ton), lo que significa rieles completamente mojados. si los rieles están completamente secos y limpios, podemos usar el coeficiente 20% (200 kg/ton)
PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA CARGA MÁXIMA QUE PUEDE JALAR UNA LOCOMOTORA Datos - Peso del mineral a transportar = wc - Peso de la locomotora = wl - Gradiente de la vía = % - Estado de la vía VALORES ASIGNADOS Resistencias: 1) AL ARRANQUE (RA) Carga 15 kg/tm Locomotora 12 kg/tm 2) A LA RODADURA (RD): Carros
9 kg/tm
Locomotora: 9 kg/tm 3) A LA GRADIENTE: 10 kg por % de elevación PROCEDIMIENTO A) Determinar el máximo esfuerzo de tracción permitido por la locomotora: M.E.T = peso locomotora por coeficiente en kilogramos adherencia. B) Esfuerzo de tracción necesario para arrancar el tren con la máxima carga, con la máxima gradiente en contra. ETA = WL (RG+RA) +WC (RG+RAC) = KG. C) Esfuerzo de tracción necesaria para hacer marchar el tren con la máxima carga y la máxima gradiente en contra ETM = WL (RG4+RD) =+ WC (RG+RDC) = KG. DETERMINACION El máximo esfuerzo de tracción permitido por la locomotora es kilogramos de fuerza, deberá ser mayor que los esfuerzos hallados para arrancar y hacer marchar el tren con la máxima carga y con la gradiente en contra. De no cumplirse con esto se deberá reducir la carga. EJEMPL O:
Comprobar que una locomotora de 15 tm puede transportar una carga de 110tm, incluido peso carros mineros. La gradiente de la veta es 5/1000 y los rieles están secos. DATOS GRADIENTE 5/1000: ADHERENCIA: CARGA: RESISTENCIA AL ARRANQUE CARGA: RESISTENCIA AL ARRANQUE LOCOMOTORA: RESISTENCIA RODADURA:
5KGT 0.20 110 TM 15 KG/TM 12 KG/TM CARRO: LOCOMOTORA:
9 KG/TM 9 KG/TM
CALCULO a) EMT=
15000 x 0.20 = 3,000 KG.
b) ETA =
15(12+5) + 110(15+5) = 2455KG
c) ETM
=
15(9+5)+110(5+9) =
1750KG.
De donde: EMT es mayor que eta y ETM., por lo que la locomotora es capaz de transportar la carga indicada CALCULO DE LA CAPACIDAD DE UNA BATERÍA PARA LOCOMOTORA El objetivo es calcular la capacidad en kwh. O en amperios-hora (ah) que debe tener la batería de acumulador a de que pueda cumplir un ciclo de trabajo previamente calculado en atención a los datos y requerimientos. DATOS DADOS POR EL CLIENTE.
Peso de la locomotora
Mineral a transportar con gradiente a favor (mineral + carro) de carros vacíos con gradiente en contra
Gradiente
Longitud de transporte
EJEMPLO: PESO LOCOMOTORA: 4 TM MINERAL A TRANSPORTAR : 35.10 TM PESO TREN CON CARROS VACIOS: 10 TM GRADIENTE: 5/1000 DISTANCIA TRANSPORTE: 2000 MTS (IDA Y VUELTA)
RESISTENCIAS RD LOCO: 9 KM/TM
RD CARGA: 9 KG/TM RG: 5 KG/TM . CALCULOS Esfuerzo de tracción con gradiente en contra: ETI = (4 x (9+5)) + (l0 x (9+5)) =
196 KG.
Esfuerzo de tracción con gradiente a favor ET2 = (4 x (9-5)) + (35.10 x (9-5) = 156.40KG. CAPACIDAD DE LA BATERIA FORMULA: KWH = (4.8 x e.t. x distancia) / 1000 4.8 = Constante E.T. = Esfuerzo de tracción kg. Distancia = en un solo sentido en kilómetros. Esta forma considera una descarga correspondiente al 80% de la capacidad de la batería.
En los cálculos ejecutados determinamos los siguientes efectos de tracción: A) Con gradiente en contra:
196 kg.
B) Con gradiente a favor 156.40 kg. CASO A: Esfuerzo de tracción con gradiente en contra. KWH = (4.8 x 196 x 1) / 1000 = 0.94kwh CASO B: Esfuerzo de tracción con gradiente a favor: KWH = (4.8 x 156.4 x 1) / 1000 = 0.75 kwh TOTAL CONSUMO POR VIAJE DE IDA Y VUELTA ENTRANDO: 0.94 KWH SALIENDO: 0.75 KWH MÁS 10%:
0.016 KWH
TOTAL:
1.706 KWH
Capacidad de la batería para efectuar 15 viajes: 1.706 x 15 = 25.59 KWH
Para convertir los kilovatios-hora a amperios-hora usamos la formula siguiente: AH =
(KW-H x 1000) / (No CELDAS BATERIAS x 2)
Suponiendo que la batería que debe funcionar con esta locomotora tenga 60 elementos o celdas, la capacidad en ah, será: AH = (25.59 x 1000) / (60 x 2) = 213.29 AH TABLA DE CAPACIDADES DE ARRASTRE DE LAS LOCOMOTORAS DE FABRICACION ESTÁNDAR MARCA “CLAYTON” PESO LOCOMOTORA
TIPO
POTENCIA MOTOR
CAPACIDAD ARRASTRE A Nivel
1.75 3.5 4 4.5 5.5 7.0 9.0 10 12
CB CB Cb CB CB CB CB CB CB
PESO LOCOMOTOR A
TIPO
7 14 21 21 25 35 50 70 70
30 47 65 70 90 100 150 190 220
POTENCIA MOTOR
CAPACIDAD ARRASTRE A Nivel
3.0 4.0 5.0 6.0 8.0 10.0 12.0 15.0 20.0
Gradiente 5/1000 21 30 41 41 65 69 75 100 145
CT3 20 CT4 40 CT5 45 CT6 70 CT8 90 CT10 90 CT12 120 CT15 150 CT20 244 Peso en toneladas metricas
80 100 134 145 200 240 280 320 480
CB: locomotora a batería
CT: locomotora a trole
Capacidad de arrastre en toneladas métricas
Resistencia a la rodadura 9 kg/tm
Resistencia al arranque9 kg/tm
Gradient e 5/1000 50 60 84 90 120 150 180 230 320
NOTA Los datos referentes a las capacidades de arrastre, son referenciales.
MANTENIMIENTO Las locomotoras como todas las maquinas destinadas a trabajar en una mina, son construidas lo más fuerte p0sible, porque durante su vida promedio serán sometidas a una labor intensa. Pero por más fuertes que estén construidas, estas máquinas sufrirán el desgaste de sus componentes y se malograran, si no se efectúa un correcto plan de mantenimiento que de las garantías de una utilización prolongada, eficiente y segura.
OBJETIVO Partiendo de la premisa que “aún no ha sido construida la máquina que nunca se malogre”, el objetivo es mantener las maquinas el mayor tiempo posible en operación, mediante un acertado plan de mantenimiento, en donde se dé especial énfasis a los siguientes puntos:
Evaluación periódica del personal de operación.
Capacitación del personal técnico
Stock de repuestos originales mínimo indispensable
Instrumentos y herramientas apropiadas.
Controles de costos.
PLAN DE MANTENIMIENTO Está conformado por diversos trabajos orientados a lograr la máxima disponibilidad mecan1ca de las máquinas y equipos. Los métodos empleados son los siguientes: METODO PREVENTIVO 1) Limpieza 2) Inspección 3) Lubricación
Conjunto de actividades que tienden a prevenir las fallas antes que ocurran. Método correctivo 1) Corrección de errores 2) Cambio de piezas defectuosas 3) Control y comprobación de operación. Acciones destinadas a corregir defectos presentados por la máquina, a fin de que esta funcione tal y como ha sido diseñada. Método predictivo
1) Verificación de rodamientos 2) Verificación de aislamiento de motores 3) Verificación panel de control y cableado en general EVALUA EL ESTADO DE LOS COMPONENTES DE LA MAQUINA MEDIANTE EL USO DE INSTRUMENTOS ESPECIALES. Toda máquina deberá estar debidamente identificada con un código y una tarjeta de control, que incluye datos como sus características, fecha de iniciación, reparaciones efectuadas y costos. Con el auxilio hoy tan eficaz de la informática, nuestro plan de mantenimiento se adecua a un programa sencillo. Es importante indicar que, el personal de operación, motoristas y ayudantes que deben efectuar diariamente ciertos trabajos de mantenimiento dentro del rango preventivo. Los mismos que por estar muy ligados a su condición de operador tienen que ver con la seguridad y la eficiencia de la máquina. El trabajo consiste en realizar las siguientes:
VERIFICACIONES: 1) Verificar correcto funcionamiento 2) Verificar accionamiento sistema de freno 3) Verificar el sistema de mando y protección 4) Verificar luces y bocinas.
Cualquier mal funcionamiento que detecte el personal de operación, deberá ser comunicado a su jefe de inmediato, a fin de que este informe al departamento de mantenimiento.
LISTADO DE PIEZAS Y REPOSICION Repuestos No hay un buen programa de mantenimiento, si este no está respaldado por un adecuado stock de repuestos.
Entre los argumentos que se usan normalmente para calificar la calidad del mantenimiento brindado a una máquina, resalta el de las piezas de reposición, ya que un stock mínimo indispensable de repuestos, permite realizar la sustitución oportuna de las piezas o componentes que por desgaste natural presenta o van a presentar problemas en el funcionamiento de la máquina. El stock de repuestos estaba dirigido principalmente a mantener las piezas de mayor desgaste (vida útil promedio). Y de las denominadas cr es decir, aquellas que al fallar provocan la paralización de la máquina y cuya vida útil promedio están comprometida a las condiciones de trabajo, de operación de la máquina y de la calidad del mantenimiento. LISTADO DE REPUESTOS MINIMOS INDISPENSABLES PARA LOCOMOTORAS ELECTRICAS DE MINA ITEM
DESCRIPCION PIEZAS DF MAYOR DESCASTE
VIDA UTIL PROMEDIO .
01.02).03 04) 05) 6 07) 8 9) 10) 11 12) 13)
CONTACTOS DE COBRE (SISTEMA ACELERACION) CARBONES DE MOTORES FARO SELLADO ZAPATAS DE FRENO Y/O FAJAS PUENTES DE CONEXION DE LOS DEDOS DE CONTACTO DEL SISTEMA DE ACELERACION ENCHUFES DE BATERIA, CONTACTOS Y RESORTES SEGMENTOS DE LOS CILINDROS DE LOS SISTEMAS DE CAMBIO DE MARCHA FILTRO DEL COMPRESOR FILTRO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION PUNTA DE CONTACTO DEL SISTEMA DE CAMBIO SENTIDO DE MARCHA Y RESORTES DE COMPRESION. CONTACTOS DEL CONTACTOR PRINCIPAL Y RESORTES RESORTE DEL SISTEMA HOMBRE MUERTO ZAPATA DE TROLE
4/6 MESES 4/8 MESES 4/6 MESES 4/6 MESES 6/20 MESES 12 MESES 12 MESES 4 MESES 2 MESES 8/12 MESES 8/12 MESES 6/12 MESES 6/12 MESES
PIEZAS DENOMINADAS CRITICAS 01) 02) 03) 04)
DEDOS COMPLETOS DEL SISTEMA DE ACELERACION DEDOS DEL SISTEMA DE CAMBIO DE MARCHA COMPLETOS CILINDRO SISTEMA DE CAMBIO DE MARCHA Y FRENO ELECTR BOBINA DEL CONTACTOR PRINCIPAL
ITEM
DESCRIPCION
05 06 07) 08)
RESORTES PRINCIPALES DEL COMBINADOR FUSIBLE DE FUERZA FUSIBLE DE CONTROL BOBINA DE VALVULA SOLENOIDE DE FRENO DE EMERGENCIA PORTACARBON COMPLETO SOPORTE PORTACARBON PRESOSTATO CONTROL DE PRESION COMPRESORA TACO AMORTIGUADOR DE JEBE ENDURECIDO “CHEVRON” LLAVE DE ACCIONAMIENTO SISTEMA DE ACELERACION CLAXON KIT DE REPARACION DE VALVULA DE FRENADO COJINETE CAJA DE RUEDA RETEN DE ACEITE CAJA DE RUEDA ACOPLAMIENTO ENTRE MOTOR Y CAJA DE ENGRANAJES RELE DE SOBRECARGA SUPRESOR
09) 10) 11) 12) 13) 14) 15) 16) 17) 18) 19) 20)
VIDA UTIL PROMEDIO
21) 22) 23) 24) 25) 26)
ELEMENTOS DE RESISTENCIA ENCHUFE DE BATERIA CABEZA DE TROLE COMPLETA TORNILLO SINFIN CORONA DENTADA RELE DE ENCLAVAMIENTO PERSONAL DE MANTENIMIENTO El conocimiento técnico y la responsabilidad, son las dos condiciones básicas que deben poseer las personas que son asignadas a formar parte del equipo de mantenimiento. La capacitación juego un rol importante, ya que no solo permite el desarrollo técnico, sino también la estima personal. Lo que se va a reflejar en un mejor desempeño en el trabajo El personal de mantenimiento debe ser dotado de las herramientas e instrumentos necesarios a fin de que puedan cumplir a cabalidad con la labor recomendada.
PERSONAL DE OPERACION El personal de operación debe ser capacitado y evaluado periódicamente, muchas de las fallas que presentan las locomotoras son atribuidas a deficiencias en la operación de la máquina. La disponibilidad mecánica de las maquinas se elevaba en cuanto se mejore la operación.
EJEMPLOS DE APLICACION: EJEMPLO 1: Dadas las siguientes condiciones, seleccionar la locomotora a troley y carros para el transporte de mena de la mina a la concentradora: 1. La concentradora trata 2000 toneladas cortas/ dia, 7 dias a la semana. 2. Gradiente 6/1000 en descenso con carga = 0.6% 3. Distancia de la tolva de concentradora: 5000 pies 4. Turnos de trabajo de la locomotora: 2 de 8 horas cada uno, 6 dias a la semana 5. Carros provistos de rodamientos. 6. Las ruedas de la locomotora son de acero 7. La aceleración es de 0.1 mphps.
Solución: 1. Tonelaje por turno de la locomotora:
7 dias∗2000 ton/ dia 6 dias∗2 turnos/ dia
= 1166.6666 se redondea a 1180 toneladas
2. Estimación del tiempo de ciclo de viaje: Llenado de un carro 1min Vaciado de un carro 1min Velocidad del convoy 32 808 pies por hora (10km/hora) Tiempo de viaje ida y vuelta: 60 min ¿ 2∗5000 pies =18.288 m∈¿ 32 808 pies/hora Tiempo de ciclo considerando 10 carros: 2 * 10 + 18.288 = 38.3 casi 40 min 3. Tiempo neto de trabajo por turno: 7 horas * 50 min/hora de trabajo =350 minutos 4. Numero de ciclos por turno: 350/40 =8.75 casi 9 ciclos 5. Tonelaje por carro por viaje: 1180 ton =13.111 toneladas 9 viajes∗10 carros 6. Peso de la carga rodante considerando peso de carro vacio igual a 70% de la carga: 10 carros * 13.1 ton/carro *1.7 = 222.7 casi 223 toneladas cortas 7. Peso de la locomotora considerando que las ruedas son de acero: Aplicando: W (F+ 20 G+100 a) L= 480−20 G−100 a Se tiene: 223(20+20 (−0.6)+100(0.1)) L= =8.33 480−20(−0.6)−100(0.1) =8.33 casi 9 toneladas.
Si se tiene los pesos reales de los carros vacíos y la carga, se deben utilizar estos datos en lugar de los asumidos. Comprobación: Gradiente = 0.6 % hacia abajo Carga rodante = 223toneladas cortas Carros vacíos = 92 toneladas cortas Peso locomotora = 9 toneladas 1. Resistencia unitaria del tren: Aplicando: Rt
=
Rr + 20 G hacia arriba
Rt
=
Rr + 20 (-G) hacia abajo
Se tiene: Rt = 20 + 0.6 x 20 = 32 lb/ton hacia arriba Rt = 20 + (0.6 x 20 ) = 8 ton/ton hacia abajo Resistencia de la locomotora con rodamientos
= Rr = 20 lb/ton
2. Fuerza de tracción: Aplicando: F = L x Rt + W + Rt Se tiene: Para tren cargado = 9 x 8 + 223 x 8 = 2066 libras Para tren descargado = 9 x 32 + 92 x 32 = 2332 libras 3. Fuerza de tracción teórica de la locomotora sin arena: F = 9 ton x 2000 lb/ton x 25% = 45000 libras 4. Porcentaje de fuerza de tracción utilizada: Para tren cargado: (2066 x 100)/4500 = 45.9% Para tren descargado: (2332 x 100)/4500 = 51.8%
5. Porcentaje de fuerza para aceleración: Para tren cargado: 100 – 45.9 = 54.1% Para tren descargado: 100 – 51.8 = 48.2% Desde que ambos porcentajes exceden el mínimo, que es 15%, el tren puede acelerar y moverse, además sin ayudar de arena.
DETERMINACION DE LA FUERZA DEL MOTOR Para calcular la fuerza requerida, se usan las siguientes formulas: H x 0.746 K= e H=
T x5 3.75 x 0.95
Dónde: K = Kilowatts de suministro a la locomotora H = HP requeridos 0746 = factor de conversión de kilowatts a HP e = eficiencia del motor T = Fuerza de tracción de la locomotora, libras S = Velocidad, millas por hora 375 = Factor de conversión de libras millas por hora a HP
0.95
= Factor de eficiencia en trasmisión de reducción simple
En el ejemplo: T = 4500 libras S = 10 km/hora = 6.214 millas/hora Entonces: 4500 x 6.214 H= = 78.5 HP 3.75 x 0.95 Considerando una eficiencia de motor de e = 0.90 78.5 x 0.746 K= = 65 kilowatts 0.90
CAMBIAVIAS DE LOS RIELES Las siguientes recomendaciones son muy cercanas a las normas de la American MiningCongress: Sapas: Para las trochas de 42 pulgadas se recomienda: Sapas Nos. 2, 2 ½ y 3 para maniobras pequeñas. Sapas Nos. 3, 4, 5 y 6 para rieles de transporte. Sapas Nos. 5 y 6 para rieles de transporte especialmente para alta velocidad. Agujas: La longitud de las agujas, números de las sapas y riel se deben usar como: Agujas de 3 ½ pies de longitud y sapa Nro 2 para rieles de 20,30 y 40 libras. Agujas de 5 pies de longitud y sapas Nros 2 ½ y 3 para rieles de 20,30 y 40 libras. Agujas de 5 pies de longitud y sapas Nros 3 y 4 para rieles de 40, 50 y 60 libras. Aguja de 7 ½ pies de longitud y sapas Nros 5 y 6 para rieles de 40,50 y 60 libras. Aguja de 10 pies de longitud y sapa Nro 6 pueden ser utilizadas en lugares de cuidado con alternativa a la aguja de 7 ½ pies con sapa Nro 6. Cambiavíasmás largas se usan, con frecuencias, en las minas en las que encontramos equipo pesado sobre rieles y las velocidades son altas. Los dos primeros durmientes de un cambiavías deben estar espaciados a 20 pulgadas de centro a centro.
EJEMPLO 2: Se tiene las siguientes condiciones de trabajo: 1. Longitud y gradiente de la línea riel del echadero al lugar de llenado de carros: a = 1000 pies a + 0.6% b = 700 pies a - 0.5% c = 300 pies horizontales 2. Tiempos de transporte neto: 6 horas 3. Carros: a = peso = 4000 libras b = cojinetes = bocinas 4. Peso material roto por carro: 6000 libras 5. Número de carros por viaje: 10 6. Locomotora con ruedas de acero 7. Aceleración: 0.1 mphps 8. Factor de seguridad por batería: 25 % 9. Velocidad: Promedio Maxima 10. Resistencias: Locomotora Carros Gradiente
= 2.5 millas/hora = 3.5 millas/hora = 20 libras/tonelada = 30 libras/tonelada = 20 libras/tonelada
Se desea saber: 1. Peso de la locomotora 2. Número de viajes por locomotora por turno 3. Tonelaje transportado por locomotora por turno 4. Kilowatt/hora de capacidad total de las baterías Solución: 1. Peso de la locomotora: Aplicando: L=
W ( F +20 G+100 a) 480−20 x 0.5−100 x 0.1
Dónde: W = (3 + 2) x 10 = 50 toneladas cortas Considerando la gradiente más desfavorable +0.5 para una aceleración de 0.1 mphps
L=
50(30+20 x 0.5+100 x 0.1) 480−20 x 0.5−100 x 0.1
= 5.43 casi 6 toneladas cortas
Comprobación: A. Resistencia unitaria del tren cargado: Aplicando Rt = Rr + (G x 20) = 20 + 0.5 x 20 = 30 lb/ton Resistencia unitaria del tren descargado Aplicando Rt = Rr + (G x 20) = 20 + (0.6 x 20) = 32 lb/ton C.Resistencia del tren cargado: 20 x 6 + 20 x 50 = 1120 libras D. Resistencia del tren vacío: 20 x 6 +20 x 20 = 520 libras E. Fuerza de tracción teórica de la locomotora sin arena: 6 x 0.25 = 1.5 toneladas cortas = 3000 libras F.Porcentaje de fuerza de tracción utilizado: Para tren cargado (100 x 1120)/3000 = 37.3% Para tren descargado (100 x 520)/3000 = 17.3% G.Porcentaje de fuerza para aceleración 100 – 37.7 = 62.3% que excede el 15% min.
2. Número de viajes por locomotora: Considerando un minuto para llenado y otro minuto para vaciado por carro: 10 x 1 + 10 x 1 = 20 minutos por viaje Tiempo de viaje por tren, utilizando la velocidad promedio: 2000 x 2 5280 = 18.2 minutos 2.5 x 6
( )
Tiempo de viaje o ciclo: 20 + 18.2 = 38.2 minutos Número de viajes por locomotora por turno: (6 x 60/38.2 = 9.42 casi 9 viajes 3. Tonelaje transportado por locomotora por turno: 9 viajes x 10 carros x 3 ton = 270 toneladas cortas 4. Capacidad de batería: El tren viaja en las siguientes condiciones: A. Cargado saliendo de la mina a. 1000 pies a – 0.6% de gradiente b. 700 pies a + 0.5% de gradiente c. 300 pies horizontales
B. Descargado, entrando en la mina a. 1000 pies a +0.6% de gradiente b. 700 pies a -0.5% de gradiente c. 300 pies horizontales Para hallar losKw hora de cada sección, usamos la siguiente formula: T x D(30+20 G) Kw hora = 1760000 Dónde: T = Tonelaje total de la carga rodante incluyendo la locomotora, toneladas cortas D = Longitud de cada sección, pies G = Gradiente, por ciento Condición A, cargado: T = 10 x (3 + 2) + 6 = 56 toneladas cortas 56 x 1000(30+20(0.5)) a. Kw hora = = 0.573 1760000 b. Kw hora =
56 x 700(30+20( 0.5)) 1760000
= 0.891
c. Kw hora =
56 x 300(30+20( 0.0)) 1760000
= 0.286
Total Kw hora = 1.750 Descargado: T = 10 x 20 + 6 = 26 toneladas cortas 26 x 1000(30+20(+ 0.6)) Kw hora = = 0.620 1760000
Kw hora =
26 x 700(30+20(−0.5)) 1760000
Kw hora =
26 x 300(30+20( 0.0)) 1760000
= 0.414
= 0.133
Total Kw hora = 1.167 Total Kw hora por ciclo = 2.917 Total Kw hora por turno = 9 x 2.917 = 26.253 Considerando una eficiencia total del 63 % se tiene: Capacidad de batería = 26.253/0.63 = 41.671 kw hora casi 42 kw hora EJEMPLO: 3
Durante 4 horas efectivas se desea transportar 360 tc de mineral económico de la mina asía la tolva de concentradora con carros de 3 000 lbs de capacidad y peso de 1 880 lbs por carro, con ruedas de rodajes cilíndricos; el ciclo durará 10 minutos. La locomotora usa rodajes cónicos; la gradiente es 0,5%. Hallar: • Número de viajes • Toneladas por viaje • Número de carros necesarios • Peso del tren con carga SOLUCION: Grafico
a) DETERMINACION DEL NUMERO DE VIAJES NV = 4/((10min/ciclo)/(60 min/hora) = 24 b) DETERMINACION TONALADAS POR VIAJE Ton/viaje = 360 TC/24 viajes = 15 c) DETERMINACION DEL NUMERO DE CARROS N° carros = (15 * 2 000)/3 000 = 10 d) DETERMINACION DEL PESO DEL TREN CON CARGA Peso tren carga = Pc + PL PC= 10(1 880 + 3 000) = 48 800 lbs = 24 TC PL = (24 * (20 + 10))/(500 - (10 + 10)) = 1,5 TC = 24 + 1,5 = 25,5 TC
BIBLIOGRAFIA
https://es.scribd.com/doc/155195653/Locomotora-de-Trole http://www.facsol.galeon.com/Carritos.htm http://www.serminsa.com/prod_detail.php?prod=20 http://myslide.es/documents/seleccion-de-locomotoraselectricas-para-trabajo-en-
mineria.html#.VZNf_9E1BKk.facebook Diseño de explotaciones e infraestructuras
mineras
subterráneas – UNIVERSIDAD PONTIFICIA DE MADRID. https://es.wikipedia.org/wiki/Locomotora
