La forma habitual de perforación de una roca a rotopercusión es la perforación con martillo en cabeza. El principio de corte se basa en el impacto ejercido en el exterior de la perforación por un pistón de acero sobre una barrena o varillaje, que a su vez transmite la energía al fondo del taladro mediante el elemento final (la boca), que fragmenta la roca en esquirlas. Para asegurar una sección circular en el barreno, el útil gira con cada golpe para presentar nueva roca virgen en el fondo del barreno. Además, es preciso evacuar los detritos del barreno (barrido), lo cual se consigue insuflando aire al fondo del taladro. Parte de la energía del impacto se pierde en la transmisión y en los cambios de sección del varillaje, por lo que la velocidad de penetración de la perforación disminuirá a medida que se profundice en el barreno. 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 martillos manuales de las perforadoras de martillo en cabeza propiamente dichas. Los primeros son equipos sencillos, actualmente en desuso, salvo en demoliciones o perforaciones de pequeña sección no mecanizable. Los segundos son equipos pesados que, en consecuencia, requieren su montaje en chasis especiales.
Las perforadoras con martillo en cabeza pueden accionarse mediante martillos neumáticos o hidráulicos. El desarrollo de los martillos hidráulicos en los años sesenta y comienzos de los setenta supuso un gran avance tecnológico en la perforación de rocas.
Tanto las perforadoras neumáticas como las hidráulicas constan de los siguientes elementos:
- Un cilindro que con su movimiento alternativo golpea el extremo de una barrena
- Un mecanismo de rotación incorporado al pistón (barra rifle o rueda trinquete) o independiente de este (motor de rotación)
- Un sistema que permite el barrido del barreno mediante una aguja de barrido que atraviesa el pistón o bien por medio de la inyección del fluido de barrido lateralmente en la cabeza frontal de la perforadora
Perforadoras neumáticas
El accionamiento de estas perforadoras se realiza mediante aire comprimido, con la misma presión tanto para el mecanismo de impacto como para el aire de barrido. Son perforadoras empleadas tradicionalmente para barrenos de menos de 150 mm de diámetro. Su peso y tamaño son menores que los de las perforadoras hidráulicas. Presentan un consumo de aire de unos 2,1-2,8 m³/min por cada centímetro de diámetro, la velocidad de rotación es de 40-400 rpm y la carrera del pistón de 35-95 mm.
La rotación del varillaje puede realizarse mediante:
- Barra estriada o rueda de trinquete: muy generalizado en perforadoras ligeras
- Motor independiente: barrenos de gran diámetro
Las longitudes de perforación con este sistema no superan habitualmente los 30 m debido a las importantes pérdidas de energía ocasionadas por la transmisión de la onda de choque y por las desviaciones de los barrenos. Lo normal es utilizar barrenos cortos, con longitudes de entre 2 y 15 m y diámetros pequeños, de entre 38 y 100 mm. Además, a medida que aumenta la longitud del barreno, se requiere una mayor presión de aire de barrido.
Entre las ventajas de las perforadoras neumáticas cabe destacar las siguientes:
- Gran simplicidad
- Fiabilidad y bajo mantenimiento
- Facilidad de reparación
- Precios de adquisición bajos
Perforadoras hidráulicas
Estos equipos se introdujeron inicialmente en los trabajos subterráneos, pero poco a poco se están imponiendo también en la perforación en superficie. Estructuralmente, la perforadora hidráulica es similar a la neumática, aunque el accionamiento se realiza mediante un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite que impulsa los componentes. Además, estas unidades van equipadas con un compresor cuya función es suministrar aire para barrer los escombros y se puede incrementar la presión del aire con la profundidad del barreno. La presión de trabajo de estos equipos oscila entre 7,5 y 25 MPa, la potencia de impacto entre 6 y 20 kW y la velocidad de rotación entre 0 y 500 rpm. Aquí el consumo relativo de aire comprimido es menor, entre 0,6 y 0,9 m³/min por cada centímetro de diámetro.
Respecto a las perforadoras neumáticas, necesitan una mayor inversión inicial, requieren reparaciones más complejas y costosas y necesitan una mejor organización y formación del personal de mantenimiento. En cambio, las ventajas tecnológicas de las perforadoras hidráulicas son las siguientes:
- Menor consumo de energía: tres veces menos
- Menor coste de accesorios de perforación: incremento del 20% de la vida útil del varillaje
- Mayor capacidad de perforación: velocidades de penetración entre un 50 y un 100% mayores
- Mejores condiciones ambientales: más limpios y silenciosos
- Mayor elasticidad en la operación: posibilidad de variar la presión de accionamiento, la energía y la frecuencia de golpeo
- Mayor facilidad para la automatización: cambio de varillaje, mecanismos antiatranque, etc.
Os dejo un Polimedia explicativo sobre este sistema de perforación que espero os resulte útil.
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.
- YEPES, V. (2022). Maquinaria para sondeos, movimientos de tierras y construcción de firmes. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 22.
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