Trépano es la herramienta de corte localizado en el extremo inferior de la sarta de perforación que se utiliza para cortar o triturar la formación durante el proceso de la perforación rotatoria. Actualmente los trépanos más utilizados son los trépanos triturantes o triconos. Esta herramienta se creó en 1910, pero no fue hasta que se perfeccionaron los equipos de rotación en la década de los sesenta cuando su uso se popularizó. Al principio, este tipo de perforación se utilizaba solo en rocas blandas o de poca resistencia, pero actualmente estos sistemas ya son competitivos en rocas duras. Con este sistema de perforación se alcanzan buenos rendimientos, de entre 60 y 100 m por turno, en profundidades de hasta 200 m. Se utiliza en ingeniería civil con diámetros de entre 100 y 300 mm. Sin embargo, estos límites se superan en perforaciones petrolíferas, donde en España se han superado los 4500 m de profundidad.
El principio de perforación se basa en dos acciones combinadas:
- Indentación: Los dientes o insertos penetran en la roca debido al empuje sobre la boca. Este mecanismo tritura la roca.
- Corte: La roca se fragmenta debido al movimiento lateral de desgarre de los conos al girar sobre el fondo del barreno.
La fuerza de avance se produce al introducir los botones del tricono en la roca. Este empuje se transmite al varillaje mediante una cadena de accionamiento hidráulico. La magnitud del empuje no debe sobrepasar cierto umbral para evitar que el trépano se agarrote a la roca y se produzcan otros fallos. La limpieza de la perforación se realiza inyectando un fluido, generalmente lodo, aunque en ocasiones se usa agua o aire comprimido, por el interior de la columna de barras hacia el fondo del barreno. Este caudal, aparte de barrer el detritus, permite refrigerar y lubricar los rodamientos del tricono.
La velocidad de penetración de este sistema depende de la dureza o resistencia de la roca y de las variables de operación, que son las siguientes:
- Velocidad de rotación
- Fuerza de empuje
- Diámetro de la perforación
- Velocidad y caudal del aire de barrido
- Desgaste de los trépanos
Se pueden distinguir dos tipos de triconos: de dientes y de insertos de carburo de tungsteno. Los triconos de dientes tienen un coste económico menor, aproximadamente una quinta parte menos que los de insertos. Sin embargo, estos últimos presentan claras ventajas:
- Mantienen la velocidad de penetración durante la vida útil
- Requieren menos empuje para una determinada velocidad de penetración
- Necesitan menos par, disminuyendo las tensiones sobre los motores de rotación
- Reducen las vibraciones, con menos fatiga sobre la perforadora y el varillaje
- Disminuye el desgaste sobre el estabilizador y la barra
- Producen menos pérdidas de tiempo por cambio de bocas y menores daños en las roscas.
Un Polimedia explicativo es el siguiente:
Os dejo a continuación algunos vídeos sobre triconos que espero os sean útiles.
Referencias:
- DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
- INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
- UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
- YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
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