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• Jonathan Jeanpierre

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Maquinaría Minera Subterránea

M.Sc. Ing. Esteban Marín Paucara

RASTRILLOS O SCRAPERS Por: Ing. Esteban Marín Paucara Los rastrillos o scrapers, llamados también cucharas de arrastre, son ampliamente utilizados en la explotación subterránea, fundamentalmente en los tajeos o labores de producción de mineral, como también se puede utilizar en trabajos mineros a cielo abierto. Estas pueden ser de diferentes formas y tamaños de acuerdo al trabajo destinado, donde dos componentes básicos permanecen constante como son: el asa y la placa posterior de excavación.

El asa es el que une los extremos de la placa posterior y termina en forma de “V”, cuya función es equilibrar y en la mayoría de los rastrillos es fija, y en otras tienen cierto juego con la placa posterior. La hoja de excavación tiene dos partes, una rígida unida al asa y la otra es una cuchilla o llamada también uña cambiable y fijada a la anterior mediante pernos.

Fig.1: Componentes básicos de rastrillo: asa y placa posterior

1. CLASES DE RASTRILLOS Tipo azadón o abierto: Generalmente carece de placas laterales y la placa posterior tiene un ángulo de abertura grande. Es recomendable usar en el acarreo de material grueso.

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Tipo cajón o cerrado: Está compuesto de placas laterales fijas y el conjunto tiene la forma de una caja. Es recomendable usar en el acarreo de material fino a mediano, detiene la carga en distancias grandes y cuando transita en piso liso.

2.

WINCHE

El winche es el elemento principal del equipo de rastrillaje que consta de un motor y las tamboras. Los winches para rastrillos se construyen de dos o tres tamboras, los primeros se utilizan para acarreo de mineral en un tajeo de longitud recta y el de tres tamboras en los frentes de gran longitud y bajo ángulo de inclinación del tajeo.

En la mayoría de los winches llamados también cabrestantes de dos o tres tamboras estos se colocan en un mismo eje longitudinal con sus acoplamientos, estos son accionados por un motor eléctrico o de aire comprimido, con potencias de 7 a 40 HP, cuyas tamboras tiene una capacidad de 40 a 150 m. de cable.

Los winches o cabrestantes tienen las siguientes partes principales: Motor: Es el elemento principal del accionamiento del equipo de rastrillaje, que da giro al eje longitudinal transmitiéndolo por intermedio de los piñones, estas pueden ser eléctricos o de aire comprimido.

Tamboras: Sirve para enrollar el cable del equipo, con diámetros grandes aumenta la capacidad de trabajo del cable y reduce su desgaste Embrague: Sirve para transmitir el movimiento a cada una de las tamboras desde el eje principal. Dos engranajes locos o intermedios giran entre el piñón de mando del eje principal y la corona dentada del embrague, resultando una reducción de velocidad en os engranajes, las bandas exteriores del embrague son controlados mediante una palanca.

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Tabla 1: Características de los winches para rastrillos de Ingersoll-Rand según Kal’nitsky Potencia del

Esfuerzo de

Velocidad

Diámetro

Largo del

Peso del

motor (Kw)

tracción

media del

del cable

cable

torno con

medio (Kg)

cable (m/s)

(mm)

arrollado

motor (Kg)

sobre el tambor (m) Winches o cabrestantes de dos tamboras 3,7

500

0,76

6,3 – 9,5

84 – 38

195

5,5 – 11,0

900 – 1000

0,61 – 1,02

9,5 – 11,1

107 – 76

383 – 442

5,5 – 14,7

1089 – 998

0,51 – 1,52

9,5 – 12,7

122 – 68

655 – 751

11,0 – 22,0

1347 – 1497

0,84 – 1,52

9,5 – 15,9

259 – 64

916 – 1152

18,4 – 44,1

2245 – 2994

0,84 – 1,52

12,7 – 25,4

305 - 76

1916 - 2141

Winches o cabrestantes de tres tamboras 5,5 – 14,7

1089 – 998

0,51 – 1,52

9,5 – 12,7

122 – 68

894 – 998

11,0 – 22,0

1347 – 1497

0,84 – 1,52

9,5 – 15,9

259 – 64

1206 – 1429

18,4 – 44,1

2245 – 2994

0,84 – 1,52

12,7 – 25,4

305 – 76

2497 – 2715

Fuente: Novitski, Alejandro. (1966). Transporte y extracción en minas y a cielo abierto. p. 74. Frenos: Actúan a manera de una mordaza al presionar la palanca de freno, estos son regulables del tipo de banda exterior y se encuentra al lado de operador. Algunos winches tienen freno automático.

Engranajes y chumaceras: Generalmente en cada tambor existen tres engranajes intermedios que transmiten el movimiento del eje a la corona dentada, dando un resultado de menor rotación de la tambora en comparación con el motor.Las tamboras, el engranaje y los piñones están situados en el mismo eje Base: Es una pieza rígida de acero fundido, tiene orificios para el anclaje en el piso, para mantener rígida la estructura de la máquina durante el trabajo. Guías de cables: Sirven para prevenir el arrastre angular y reducen el desgaste del cable, estos tiene rodillos de tubos de acero, cubiertos con caucho resistente a la abrasión están colocados vertical y horizontalmente.

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Protector de cable: Como su nombre lo indica, tienen por objeto proteger al operador de accidentes cuando se rompe el cable.

Fig. 2: Winche de dos tamboras 3.

CABLE

Es el elemento de tracción que comunica el movimiento desde el winche al rastrillo. El diámetro del cable es de acuerdo ha: la potencia del motor del winche, distancia de rastrillaje y capacidad de la tambora.

Tabla 2: Relación entre la potencia del motor del winche y diámetro del cable (según experiencias obtenidas en mina) Diámetro de cable (Pulgadas) 5/16 3/8 1/2 5/8 3/4 7/8 1

Potencia del motor de winche (HP) Hasta 5 5 – 10 15 – 20 25 – 30 40 – 50 75 100 a más

La longitud de cable a utilizarse está en función de la distancia a rastrillarse. La longitud en función del diámetro de la tambora se puede determinar mediante la siguiente relación:

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0.267 (c) (d) A2 L = ───────────── Ø2

D-d ; A = ──── 2

Dónde: L

: Longitud del cable a enrollarse en la tambora.

A

: Semidiferencia del diámetro exterior (D) e interior (d) de la tambora (pulg.).

Ø

: Diámetro del cable (pulg.).

c

: Longitud interna de la tambora (pulg.)

Fig. 3: Esquema de tambora, cable y rastrillo. 4.

POLEA

Comúnmente conocido como rondana, que sirve para sostener y facilitar el movimiento del cable de avance durante la operación de rastrillaje de mineral o desmonte para relleno.

Para sostener la polea, una alcayata se fija en la pared del tajeo, del cual la polea se une con un pedazo de cable, en tajeos angostos se sostiene de un puntal colocada entre las cajas de la estructura mineralizada (veta).

El tamaño de las poleas más usadas son de: 6, 8, 10,12 y 14 pulgadas y la ranura de la polea está de acuerdo al diámetro del cable a utilizarse.

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Fig. 4: Polea y alcayata fijada en la caja de la veta. PLATAFORMA Sirve para instalar el winche en el tajeo, para ello se confecciona con tablas y puntales en la dirección del echadero, debiendo estar bien asegurada para evitar posibles desprendimientos al momento de operar el winche. 5.

CONSIDERACIONES PARA EL CÁLCULO DE RASTRILLAJE

En el mercado se cuenta con una diversidad de equipos de rastrillaje, pero a veces es necesario confeccionar las partes del rastrillo, y para ello se diseña considerando las siguientes condiciones: -

Condiciones de servicio.

-

Angulo de excavación y forma de plancha posterior.

-

Estabilidad y equilibrio.

-

Capacidad.

-

Peso.

En los cálculos de rastrillaje se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

Capacidad de rastrillaje: La capacidad teórica de rastrillaje se calcula con la siguiente fórmula:

Dónde:

=

.

.

.

.

. 

C

: Capacidad de rastrillaje de carga (pies3/turno).

c

: Capacidad del rastrillo elegido (pies3).

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T

: Tiempo total de rastrillaje (horas/turno).

V

: Velocidad de jalado (pies/hora).

E

: Eficiencia total de 45% a 75%.

F

: Factor de llenado

D

: Distancia equivalente de rastrillaje (pies).



: Peso específico del material (lb/pie3)

La distancia equivalente es la distancia de rastrillaje (ida y vuelta efectuada por el rastrillo); más los tiempos muertos demorados en el rastrillaje convertido en su equivalente en pies considerados como si el rastrillo siguiera moviéndose durante los tiempos muertos. Tracción del cable: Cuando se rastrilla sobre el nivel la tracción del cable viene a ser la fuerza que resulta del peso del rastrillo más su carga por el coeficiente de fricción. =

Dónde: F

(

+

)

: Fuerza de tracción del cable (Lbs.) : Coeficiente de fricción.

: Peso de rastrillo (lb). : Peso del mineral cargado por el rastrillo (lb) El coeficiente de fricción (μ), depende de: μ = μ1 + μ2 - μ1= Coeficiente de la naturaleza del piso, pudiendo ser: 0.5 para pisos uniformes y 1.0 para pisos ásperos. - μ2 = Coeficiente en función a la gradiente (según el siguiente tabla 3).

Tabla 3: Factor de gradiente en la tracción del cable en el rastrillaje Angulo con la horizontal

Subiendo

Bajando

+%

-%

10º

15

20

20º

30

40

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30º

35

60

40º

40

Resbala

45º

45

Resbala

Potencia del motor del winche (PMW): La potencia del motor del winche en HP, se calcula con la siguiente fórmula:

= HP =

Dónde:

PMW : Potencia del motor del winche (HP) F

: Fuerza de tracción (lb)

Vj

: Velocidad de jalado (pies/minuto).

Ef

: Eficiencia mecánica del winche.

F . Vj 33000 . Ef

Velocidad del cable.- La velocidad del cable para los cálculos se puede estimar en base al siguiente tabla 4. Tabla 4: Velocidad del cable según las condiciones a rastrillar. Velocidad Pies/ minuto Distancias Para material Para formas Fondos Densidad

Baja 150 – 200 Cortas Grueso Angulosas Ásperos Alta o baja

Media 225 – 275 Largas Medio Suaves Medio Alta o baja

Alta 300 a más. Largas Fino Suaves Lisas Baja

Características principales de los rastrillos: Se detallan en las siguientes tablas 5 y 6. Tabla 5: Tamaño y pesos aproximados de los rastrillos ANCHO (pulgadas) De 26" a

AZADÒN Pies3 lb 1,5 250 2,5 300

¼ Caja Pies3 lb 2,5 300 3,5 350

De 30" a

5 7

400 525

6 8

475 600

De 36" a

6 9

425 600

7 10

525 700

½ Caja Pies3 lb

¾ Caja Pies3 lb

Cerrado Pies3 lb

10 12

9 14

10 16

675 750

650 800

700 825

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De 42" a

8 11

525 675

9 12

650 720

12 14

750 825

11 16

700 900

12 9

750 925

De 48" a

10 19

650 1200

11 16

725 925

14 22

750 1280

13 24

725 1350

14 25

800 1450

De 54" a

15 24

850 1300

15 26

875 1350

17 27

575 1450

20 29

1050 1650

22 31

1150 1750

De 60" a

25 30

1000 1400

26 32

1200 1450

28 33

1250 1550

32 35

1650 1700

35 38

1750 1800

De 28 1150 30 1250 33 1350 37 1650 40 1800 66" a 33 1450 24 1500 36 1600 39 1750 48 1900 Fuente: Navarro T., Vidal F. Manual de maquinaría y servicios auxiliares mineros. UNA. Puno.

Tabla 6: Tipos y usos de rastrillos. Tipos de rastrillos

Abierto

Cerrado

Para material

Grueso

Fino

Para formas

Anguloso

Suaves

Facilidades de excavar

Buena

Mala

Facilidad de acarrear

Mala

Buena

Facilidad para deslizarse

Mala

Buena

Tabla 7: Característica de los rastrillos Vulcan–Denver (Lodemaster Boltless Scraper). Series: “L”, “M”, “H”. Modelo

Longitud

Altura

Ancho (Pulg.)

Peso

Capacidad

(Pulg.)

(Pulg.)

Interior

Exterior

aprox. (lb) (pies3)

LM 26 L

38

21

26

30

425

8

LM 30 L

42 ½

21

30

34

495

9

LM 34 L

57

21

34

38

750

11

LM 36 L

57

24

36

40

875

15

LM 42 L

61

24

42

46

930

17

LM 48 L

64

24

48

52

1080

22

LM 54 L

68

24

54

59

1150

26

LM 36 L

62

27

38

41

1470

20

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LM 42 L

62

27

44

47

1565

24

LM 48 L

64

30

49

52

1750

27

LM 48 L

69

29

48

50

2150

27

LM 60 L

83

32

62

67

2600

45

Fuente: Catalogo Vulcan Denver.

Modelos de winches: En el mercado nacional se conocen muchos modelos y marcas, de estas últimas tenemos: Joy, Gardner Denver, Derena, ets., cuyas características se ve en la tabla 8. Tabla 8: Características técnicas de algunos winches. Marca de la winche Modelo Numero de tamboras Potencia ( HP ) Fuerza de tiro ( Kg ) Velocidad (m/s ) Peso neto ( Kg ) Ancho ( mm ) Altura ( mm ) Largo ( mm ) Capacidad tambor ( m ) Diámetro cable ( pulgadas ) Diámetro tabora ( mm ) Energía utilizada Marca de rastrillo Tipo Tamaño ( pulgadas ) Capacidad ( pies3 ) Peso (Lbs.) Marca rondana Tamaño ( pulgadas )

Joy A2E – 211 2 25 1249 90 863 975 686 1511 110 ½ 279 Electricidad Fahralloy Simplex 36 4 - 10 Joy 8

Derena FF - 218 2 18 300 60 450 500 900 940 70 1/2 460 Electricidad Derena 30 4–5 445 Derena 8

Fuente: Navarro T., Vidal F. Manual de maquinaría y servicios auxiliares mineros. UNA. Puno. 6.

PROBLEMAS DE APLICACIÓN