Tricono con insertos. https://www.talleresegovia.com
La perforación rotativa con triconos se ha tratado en artículos anteriores. Se trata de uno de los procedimientos más extendidos y consiste en equipos grandes capaces de ejercer empujes elevados sobre la boca. En este artículo se explicará un procedimiento para calcular la velocidad de barrido.
El aire comprimido enfría y lubrica los cojinetes del tricono, limpia el fondo del barreno y eleva el detrito a la velocidad adecuada para el ascenso.
El aire circula desde el compresor hasta el mástil mediante un tubo y una manguera flexible protegida, pasando por la cabeza de rotación. A continuación, entra en la barra de perforación y llega a la boca, donde sale entre los conos, arrastrando los detritos y llevándolos a la superficie.
Si los fragmentos son grandes y el caudal de aire es insuficiente, vuelven al fondo y se remueven hasta alcanzar el tamaño adecuado. Esto genera un consumo innecesario de energía, una menor velocidad de penetración y un mayor desgaste de la boca. Por otro lado, una velocidad ascensional excesiva incrementa el desgaste del centralizador y de las barras de perforación.
A continuación se ofrece un nomograma original elaborado por el profesor Pedro Martínez Pagán para estimar la velocidad de barrido de perforación de un equipo rotary (Instituto Tecnológico Geominero de España, 1994).
Esta expresión incorpora la corrección por altura geográfica que hay que hacerle al caudal que proporciona un compresor por la pérdida que sufre:
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.
La perforación rotativa con triconos es uno de los procedimientos más extendidos, y está constituido por grandes equipos capaces de ejercer elevados empujes sobre la boca. Esto se debe a que las unidades que trabajan con trépanos son más sencillas de diseño y de menor envergadura. Las perforadoras rotativas están formadas esencialmente por una fuente de energía, como una batería de barras o tubos individuales o conectados en serie, que transmite el peso de la rotación y el aire de barrido a una boca con dientes de acero o insertos de carburo de tungsteno que actúan sobre la roca.
En este tipo de perforación, la velocidad de penetración depende de muchos factores externos, como las características geológicas, las propiedades físicas de las rocas, la distribución de tensiones y la estructura interna. Por este motivo, determinar la velocidad de penetración durante el desarrollo de un proyecto es una tarea difícil para el ingeniero proyectista, pero necesaria, ya que la decisión que se tome va a incidir decisivamente en el resto de las operaciones.
Las fórmulas empíricas para estimar la velocidad de penetración son muy sencillas y se basan en ensayos de campo. En general, tienen en cuenta las siguientes variables: diámetro de la perforación, empuje sobre el tricono, velocidad de rotación y resistencia a compresión simple. La resistencia a compresión es la variable desconocida, cuyo valor se puede estimar fácilmente mediante un ensayo de laboratorio o de campo.
A continuación se ofrece un nomograma original elaborado por los profesores Pedro Martínez Pagán, Daniel Boulet y Trevor Blight para estimar el coeficiente de perforación de un equipo rotary basándose en la formulación empírica que dedujo Praillet en 1978. Esta fórmula es más fiable en todos los rangos de resistencias de las rocas y permite calcular el valor de la resistencia a compresión de la roca durante una operación en marcha.
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.
PRAILLET, R. (1984), Consideraciones de un fabricante de máquinas de perforación. Canteras y Explotaciones
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.
Tricono con insertos. https://www.talleresegovia.com
En un artículo anterior se describió la perforación rotativa de rocas y la perforación con triconos. El principio utilizado por las perforadoras rotativas consiste en aplicar energía a la roca haciendo rotar un útil de corte o destroza conjuntamente con la acción de una gran fuerza de empuje. Actualmente, se emplean con frecuencia los trépanos triturantes o triconos, para lograr un alto rendimiento, alcanzando entre 60-100 m/turno, en profundidades de hasta los 200 m. Se usa en ingeniería civil con diámetros entre 100 y 300 mm. Sin embargo, en la industria petrolera, se han superado estos límites, alcanzando hasta 4500 metros de profundidad en España.
En este artículo vamos a presentar un problema resuelto de rendimientos y plazos en una perforación rotativa con triconos sobre una roca. Como podréis ver, muchas de las formulaciones empleadas son empíricas y, en este sector, sigue empleándose frecuentemente el sistema de unidades anglosajón.
INSTITUTO TECNOLÓGICO Y GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie: Tecnología y Seguridad Minera. Segunda edición, Madrid, 541 pp.
LÓPEZ JIMENO, C. (Ed.) (2000). Manual de sondeos. E.T.S. de Ingenieros de Minas de Madrid, 699 pp.
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2005). Temas de procedimientos de construcción. Extracción y tratamiento de áridos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2005.165. Valencia, 74 pp.
Tricono de dientes para formación blanda. Wikipedia
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
Tricono de insertos. https://www.talleresegovia.com
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.
El principio utilizado por las perforadoras rotativas consiste en aplicar energía a la roca haciendo rotar un útil de corte o destroza conjuntamente con la acción de una gran fuerza de empuje. Los diámetros habituales de barreno conseguidos con este tipo de perforadoras oscilan entre 50 y 311 mm, estando los mayores diámetros especialmente indicados para los 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 de insertos de carburo de tungsteno que deben fragmentar la roca. De este modo, se puede distinguir 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.
Figura 2. Trialeta. www.krham.com
La fuente primaria de potencia utilizada por estos equipos puede ser eléctrica o 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 penetra la boca, debido a la intensidad de la fuerza de avance. Prácticamente, casi sin excepciones, esta fuerza de empuje se obtiene a partir de 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 tienen 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 por medio de la columna de barras. Los sistemas de rotación pueden ser los siguientes:
Directos
De mesa de rotación
Falsa barra Kelly
Figura 3. Sistemas de rotación: (a) directo, (b) mesa de rotación y (c) 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 menor velocidad de traslación, 2 a 3 km/h, es poco relevante cuando el equipo permanece durante largos períodos de tiempo operando en un mismo banco o sector de la excavación. En tareas medianas, donde 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 caben 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.
TIPO DE ROCA
RESISTENCIA A
COMPRESIÓN SIMPLE (MPa)
VELOCIDAD
(rpm)
Muy blandas
< 40
120 – 100
Blandas
40 – 80
100 – 80
Medianas
80 – 120
80 – 60
Duras
120 – 200
60 – 40
Muy duras
> 200
40 – 30
En el Polimedia que os presento se resumen las ideas más importantes acerca de la perforación rotativa de roca. Espero que os sea útil.
Os dejo a continuación un pequeño vídeo donde se 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.
