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Potencia de un martillo a rotopercusi贸n

Figura 1. Martillo en cabeza. http://osebe.es/perforaciones-con-martillo/

En una entrada anterior ya se comentaron los fundamentos b谩sicos de la聽perforaci贸n a rotopercusi贸n. El principio de perforaci贸n de estos equipos se basa en el impacto de una pieza de acero llamada pist贸n, sobre un 煤til, que a su vez transmite la energ铆a al fondo del barreno, por medio de un elemento final denominado boca o bit. Este sistema de perforaci贸n suele usarse en terrenos muy duros y semiduros. Estas perforadoras, tal y como se coment贸 anteriormente, pueden tener el martillo en cabeza o en fondo.

La potencia necesaria de un martillo se puede estimar mediante la siguiente expresi贸n:

donde,

P = potencia del martillo

pf = presi贸n del fluido (aire o aceite) en el interior del cilindro

s = superficie de trabajo del pist贸n

Ip = carrera del pist贸n

mp = masa del pist贸n

Figura 2.- Elementos para el c谩lculo de la potencia del martillo

Es posible estimar la velocidad de penetraci贸n Vp1 para un di谩metro dado d1, cuando, utilizando el mismo equipo en similares condiciones, se conoce la velocidad Vp2 que se alcanza para otro di谩metro d2.

Referencias:

INSTITUTO TECNOL脫GICO Y MINERO DE ESPA脩A (1994). Manual de perforaci贸n y voladura de rocas. Ed. IGME. Madrid, 500 pp.

YEPES, V. (2014).聽Maquinaria para sondeos y perforaciones.聽Apuntes de la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, Ref. 209. Valencia.

 

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4 octubre, 2018
 
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Perforaci贸n con martillo en cabeza

Simba S7 D: Equipo de perforaci贸n de barrenos largos con martillo en cabeza. http://www.atlascopco.es/

La forma habitual de perforaci贸n de una roca a rotopercusi贸n es la聽perforaci贸n con martillo en cabeza. El principio de corte se basa en el impacto realizado en el exterior de la perforaci贸n de un pist贸n de acero sobre una barrena o varillaje, que a su vez transmite la energ铆a al fondo del taladro por medio del elemento final (boca) que fragmenta en esquirlas la roca. Para asegurar una secci贸n circular en el barreno, a cada golpe gira el 煤til para presentar a su corte nueva roca virgen en el fondo del barreno. Adem谩s, es preciso evacuar del barreno los detritus (barrido), lo que se consigue mediante insuflado de aire al fondo del taladro. Parte de la energ铆a del impacto se pierde en la transmisi贸n y en los cambios de secci贸n del varillaje, por lo que la velocidad de penetraci贸n de la perforaci贸n disminuir谩 con la profundidad del barreno.聽Es un sistema que conceptualmente es similar al barrenado manual, donde un operario golpea con una maza la cabeza de una barrena.

Se pueden distinguir los聽martillos manuales聽de las perforadoras de martillo en cabeza propiamente dichas. Los primeros son equipos sencillos, actualmente en desuso salvo en demoliciones o perforaciones de peque帽a secci贸n no mecanizable. Los segundos son equipos pesados que, en consecuencia, precisan de su montaje en chasis especiales.

Perforaci贸n manual con martillo en cabeza. www. codelcoeduca.cl

Perforaci贸n manual con martillo en cabeza. www. codelcoeduca.cl

Las perforadoras con martillo en cabeza pueden accionarse mediante martillos neum谩ticos y martillos hidr谩ulicos. El desarrollo de los martillos hidr谩ulicos en los a帽os sesenta y comienzos de los setenta supuso un gran avance tecnol贸gico en la perforaci贸n de rocas.

Tanto las perforadoras neum谩ticas como las hidr谩ulicas constan de los siguientes elementos:

  • Un cilindro que con su movimiento alternativo golpea el extremo de una barrena
  • Un mecanismo de rotaci贸n incorporado al pist贸n (barra rifle o rueda trinquete) o independiente de 茅ste (motor de rotaci贸n)
  • Un sistema que permite el barrido del barreno mediante una aguja de barrido que atraviesa el pist贸n o bien por medio de la inyecci贸n del fluido de barrido lateralmente en la cabeza frontal de la perforadora

 

Perforadoras neum谩ticas

El accionamiento de estas perforadoras es mediante aire comprimido, con una misma presi贸n tanto para el mecanismo de impacto como para el aire de barrido. Son perforadoras que se han empleado de forma tradicional para barrenos de menos de 150 mm de di谩metro. Su peso y tama帽o son menores que el de las perforadoras hidr谩ulicas. Presentan un consumo de aire de unos 2,1-2,8 m3/min por cada cent铆metro de di谩metro, la velocidad de rotaci贸n es de 40-400 rpm y la carrera del pist贸n de 35-95 mm.

La rotaci贸n del varillaje puede realizarse mediante:

  • Barra estriada o rueda de trinquete: Muy generalizado en perforadoras ligeras
  • Motor independiente: Barrenos de gran di谩metro

 

Las longitudes de perforaci贸n con este sistema no superan habitualmente los 30 m debido a las importantes p茅rdidas de energ铆a debidas a las transmisi贸n de la onda de choque y a las desviaciones de los barrenos. Lo normal es utilizar barrenos cortos, con longitudes entre 2 y 15 m y el empleo de di谩metros peque帽os, entre 38 y 100 mm. Adem谩s, a medida que aumenta la longitud del barreno, se precisa de una mayor presi贸n de aire de barrido.

Entre las ventajas de las perforadoras neum谩ticas cabe destacar las siguientes:

  • Gran simplicidad
  • Fiabilidad y bajo mantenimiento
  • Facilidad de reparaci贸n
  • Precios de adquisici贸n bajos

 

Perforadoras hidr谩ulicas

Estos equipos se introdujeron al principio en los trabajos subterr谩neos, pero poco a poco, se est谩n imponiendo en la perforaci贸n en superficie.聽Estructuralmente la perforadora hidr谩ulica es similar a la neum谩tica, aunque el accionamiento se realiza mediante un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite que impulsa los componentes. Adem谩s, estas unidades van equipadas con un compresor cuya funci贸n es suministrar aire para el barrido del detritus, pudi茅ndose incrementar la presi贸n del aire con la profundidad del barreno. La presi贸n de trabajo de estos equipos ronda entre 7,5 y 25 MPa, la potencia de impacto entre 6 y 20 kW y la velocidad de rotaci贸n entre 0 y 500 rpm. Aqu铆 el consumo relativo de aire comprimido es menor, entre 0,6 y 0,9聽m3/min por cada cent铆metro de di谩metro.

Martillo hidr谩ulico. www.codelcoeduca.cl

Respecto a las neum谩ticas, necesitan de una mayor inversi贸n inicial, siendo las reparaciones m谩s complejas y costosas, y requiriendo una mejor organizaci贸n y formaci贸n del personal de mantenimiento. En cambio, las ventajas tecnol贸gicas de las perforadoras hidr谩ulicas son las siguientes:

  • Menor consumo de energ铆a: tres veces menos
  • Menor coste de accesorios de perforaci贸n: incremento del 20% de la vida 煤til del varillaje
  • Mayor capacidad de perforaci贸n: velocidades de penetraci贸n entre un 50 y un 100% mayores
  • Mejores condiciones ambientales: m谩s limpios y silenciosos
  • Mayor elasticidad en la operaci贸n: posibilidad de variar la presi贸n de accionamiento, la energ铆a y la frecuencia de golpeo
  • Mayor facilidad para la automatizaci贸n: cambio de varillaje, mecanismos antiatranque, etc.

 

Os dejo un Polimedia explicativo sobre este sistema de perforaci贸n que espero os sea 煤til.

Referencias:

  • DIRECCI脫N GENERAL DE CARRETERAS (1998).聽Manual para el control y dise帽o de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
  • INSTITUTO TECNOL脫GICO GEOMINERO DE ESPA脩A (1994).聽Manual de perforaci贸n y voladura de rocas. Serie Tecnol贸gica y Seguridad Minera, 2陋 Edici贸n, Madrid, 541 pp.
  • MART脥, J.V.; YEPES, V.; GONZ脕LEZ, F.; ALCAL脕, J. (2012).聽T茅cnicas de voladuras y excavaci贸n en t煤neles.聽Editorial de la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia. Ref. 530, 165 pp.
  • UNI脫N ESPA脩OLA DE EXPLOSIVOS (1990).聽Manual de perforaci贸n. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.

 

 

La perforaci贸n a rotopercusi贸n

Marini Castoro Neum谩tico

La perforaci贸n a rotopercusi贸n es el sistema cl谩sico de perforaci贸n de barrenos que aparece con el desarrollo industrial del siglo XIX. Este sistema, junto con la invenci贸n de la dinamita, constituyen dos hitos en el desarrollo del arranque de rocas en miner铆a y obras civiles. Este tipo de perforadoras se usan tanto en obras p煤blicas subterr谩neas como en minas o explotaciones a cielo abierto: t煤neles, carreteras, cavernas de centrales hidr谩ulicas, etc.

El principio de perforaci贸n de estos equipos se basa en el impacto de una pieza de acero llamada pist贸n, sobre un 煤til, que a su vez transmite la energ铆a al fondo del barreno, por medio de un elemento final denominado boca o bit.聽Este sistema de perforaci贸n suele usarse en terrenos muy duros y semiduros.

Las acciones b谩sicas que tienen lugar sobre el sistema de transmisi贸n de energ铆a hasta la boca de perforaci贸n son las siguientes:

  1. La percusi贸n: los impactos producidos por el golpe del pist贸n originan unas ondas de choque se que transmiten a la boca a trav茅s del varillaje
  2. La rotaci贸n: se hace girar la boca para cambiar la zona de impacto
  3. El empuje: para mantener en contacto la roca con la boca
  4. El barrido: donde el fluido permite extraer el detritus del fondo del barreno

Rotopercusi贸n

(m谩s…)

29 diciembre, 2013
 
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Universidad Politécnica de Valencia