El principio utilizado por las perforadoras rotativas consiste en aplicar energía a la roca mediante la rotación de un útil de corte o de destrozo, conjuntamente con la acción de una gran fuerza de empuje. Los diámetros habituales de barreno obtenidos con este tipo de perforadoras oscilan entre 50 y 311 mm, siendo los mayores diámetros especialmente indicados para grandes volúmenes de excavación.
Este sistema consta de una fuente de energía, una columna de barras o tubos individuales o conectados en serie, que transmiten el peso, la rotación y el aire de barrido a una boca con dientes de acero o insertos de carburo de tungsteno, que deben fragmentar la roca. De este modo, se puede distinguir entre la perforación con tricono (Figura 1) y la perforación con útiles de corte (Figura 2). El primer sistema se aplica a rocas de dureza media a alta, y el segundo, a rocas blandas.
La fuente primaria de potencia utilizada por estos equipos puede ser eléctrica o de motores diésel, y su aplicación se realiza mediante mecanismos de transmisión mecánicos e hidráulicos. La energía se transmite a través de las barras de perforación, que giran al mismo tiempo que penetran en la boca, debido a la fuerza de avance. Prácticamente, casi sin excepciones, esta fuerza de empuje se obtiene mediante un motor hidráulico. En este tipo de perforación, las pérdidas de energía en las barras y la boca son despreciables, por este motivo, la velocidad de penetración no varía apenas con la longitud del barreno. Para girar las barras y conseguir el par necesario, estas máquinas cuentan con un sistema de rotación montado habitualmente sobre un bastidor que se desliza a lo largo del mástil de la perforadora. El barrido del detritus de la perforación se realiza con aire comprimido, para lo cual el equipo está dotado de uno o dos compresores ubicados en la sala de máquinas.
El empuje a aplicar dependerá de la resistencia de la roca y del diámetro de la perforación. El mecanismo de empuje está diseñado para aplicar una fuerza del orden del 50% del peso de la máquina, alcanzando los equipos de mayor tamaño un peso de unas 120 toneladas. La rotación la provee un motor eléctrico o hidráulico y se transmite a la herramienta a través de la columna de barras. Los sistemas de rotación pueden ser los siguientes:
- Directos
- De mesa de rotación
- Falsa barra Kelly
A su vez, estas perforadoras se pueden montar sobre orugas o sobre neumáticos. La elección de uno u otro depende de las condiciones del terreno y de factores como la maniobrabilidad, la movilidad o la estabilidad de la máquina. El montaje sobre orugas se utiliza preferentemente en las grandes excavaciones a cielo abierto, donde los requerimientos de movilidad son escasos. Su limitación, en cuanto a la menor velocidad de traslación, de 2 a 3 km/h, es poco relevante cuando el equipo permanece durante largos períodos operando en un mismo banco o sector de la excavación. En tareas medianas, en las que se requiere un desplazamiento más frecuente y ágil del equipo, se prefiere el montaje sobre neumáticos. Estos equipos van montados sobre un camión de dos o tres ejes, los más ligeros, y solo los de mayor tamaño se construyen sobre un chasis de cuatro ejes. Su velocidad media de desplazamiento es de 20 a 30 km/h.
El éxito de la perforación rotativa depende de una serie de factores, unos directamente relacionados con la máquina y otros que son factores externos a la misma. Entre los primeros, cabe resaltar la magnitud del empuje sobre la roca, la velocidad de rotación, el desgaste de la boca, el diámetro del barreno y el caudal de aire necesario para la evacuación del detritus. Entre los factores que no dependen de la máquina se encuentran las características del macizo rocoso y los rendimientos dependientes del operario.
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TIPO DE ROCA |
RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE (MPa) |
VELOCIDAD (rpm) |
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Muy blandas |
< 40 |
120 – 100 |
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Blandas |
40 – 80 |
100 – 80 |
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Medianas |
80 – 120 |
80 – 60 |
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Duras |
120 – 200 |
60 – 40 |
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Muy duras |
> 200 |
40 – 30 |
En el Polimedia que os presento se resumen las ideas más importantes sobre la perforación rotativa de roca. Espero que os sea útil.
A continuación, os dejo un breve vídeo que muestra el funcionamiento del tricono.
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.
- MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
- UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
