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• Daniel Saul Sarzuri Mamani

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6. CARGUIO Y TRANSPORTE 6.1. INTRODUCCION El término “Carguío y Transporte”, comprende la utilización de medios mecánicos y manuales para el traslado de materiales y/o desechos a un área de trabajo, acopio, introducción o retiro de los mismos. Dentro de los procesos productivos de mayor costo se encuentra el carguío y transporte de material, debido a que es el proceso con mayor cantidad de equipos involucrados (flota), alto grado de mecanización, menor rendimiento productivo por equipo y constituye un proceso de operación prácticamente continuo y lento. Fig. 6.1. Carguío con pala de cables

El objetivo del proceso es “Retirar el material tronado del frente y transportarlo adecuadamente a su lugar de destino”, lo cual se puede resumir en la siguiente secuencia:       

Preparación de la zona de trabajo, Posicionamiento de equipos, Retirar el material tronado desde la frente de trabajo (Carguío), Traspaso del material al equipo de transporte dispuesto para el traslado, Transporte del material a su lugar de destino (Planta, acopio, trituradora, botaderos, etc.), Descarga del material, Retorno del equipo de transporte al punto de carguío (si es que se requiere su retorno).

Esta secuencia se cumple hasta que haya sido retirado el material requerido del frente. PERFORACION SOPORTE DE ACARREO

14%

4% CARGA

15%

VOLADURA

6%

FUNCIONES ADMINISTRATIVAS Y OTRAS

16%

ACARREO

45%

Fig. 6.2. Distribución de Costos en explotación a Cielo Abierto

Como lo mencionamos anteriormente, este proceso productivo es el más influyente en los costos de operación (45% al 65% del costo mina), por lo que es de gran importancia garantizar un ambiente de operación apto para lograr los mejores rendimientos de los equipos involucrados, tanto en la parte física (material, equipos, mantención, disponibilidad, insumos, etc.). El carguío y el transporte constituyen las acciones que definen la principal operación en una faena minera. Estas son los responsables del movimiento del mineral o estéril que ha sido fragmentado en un proceso de tronadura. Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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En las faenas mineras es crucial un diseño eficiente donde la operación de carguío trabaje en forma integrada con los camiones, que en la mayoría de las aplicaciones constituyen un elemento de alto costo en el conjunto del sistema de carguío y transporte. En el análisis de estos índices, siempre se deben considerar como un conjunto y no por separado, esto permitirá una mayor objetividad en las conclusiones de una situación en particular. Por otra parte, los resultados de su aplicación son valederos si y solo si la información de entrada o base es fidedigna. 6.2. EQUIPOS DE CARGUÍO 6.2.1. CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE CARGUE Los equipos de cargue utilizados en una explotación a cielo abierto puede dividirse básicamente en:    

Cargadores frontales, que depende de la tracción en el piso para la fuerza de excavación; Palas mecánicas con cucharón de brazo de ataque, cucharón de almeja o de despalmadora, que se apoyan sobre el piso mientras trabajan; Palas mecánicas con dispositivo de dragas, retroexcavadoras, o de cucharón de almeja, que cargan desde la parte superior del banco; Escrepas y los bulldozers, que trabajan hacia abajo del talud del banco, y las excavadoras de cable vía de control remoto

Las palas para minería son a menudo escogidas en base a:       

Capacidad de operación en las diferentes condiciones de excavación. Alta capacidad productiva (Por ejemplo, más de 2000 tph). Movilidad (2.5 a 3 Km/h). Buena adaptación para cargar unidades de transporte de diferente tamaño. Buena estabilidad Adaptación a todos los climas Relativamente alto costo de capital, pero bajo costo de operación lo cual es significante en proyectos a largo plazo.  Larga vida útil y alta disponibilidad (por ejemplo 15 – 20 años con 75- 85 % de disponibilidad). Tal como se señaló antes, estos equipos se clasifican según si consideran o no acarreo del material. Entre los equipos de este tipo están: palas mineras, retroexcavadoras, excavadoras hidráulicas y pequeñas palas neumáticas. Dentro de las operaciones unitarias el carguío y transporte es la que abarca mayor cantidad de análisis, ya que se encuentran directamente ligadas entre sí, por lo tanto, el dimensionamiento de la flota considera las dos operaciones unitarias como un conjunto, debiendo recurrir al análisis de distintas combinaciones de equipos compatibles entre sí y con la operación. Dependiendo de las características de la explotación, muchas alternativas de equipos quedarán fuera del análisis, lo cual representa el primer paso de nuestro dimensionamiento (definir límites técnicos y/ o económicos a los equipos a evaluar). Muchas veces sólo es posible descartar una alternativa después de haber evaluado económicamente la flota de carguío y transporte, lo cual introduce una dificultad adicional al requerir una evaluación más acabada de una flota que finalmente sería descartada. Evaluada la flota de equipos para el carguío y transporte deberá cumplirse inicialmente con lo siguiente:  Compatibilidad física entre los equipos de carguío y transporte con la explotación, es decir que la flota de equipos sea capaz de operar en la faena en condiciones normales de operación y seguridad (en función de la altura de bancos, dimensiones operacionales, selectividad, etc.). Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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 Compatibilidad física entre el equipo de carguío y el de transporte, es decir que el equipo de carguío sea capaz de operar en conjunto con el equipo de transporte (altura de descarga del carguío v/ s altura de carga del transporte). 6.2.2. CLASIFICACION DE LOS CARGADORES Por conveniencia podemos clasificar los cargadores desde dos puntos de vista:  En cuanto a su forma de descarga: Según la forma de descarga se pueden clasificar en: 1. Descaga frontal 2. Descarga lateral 3. Descarga trasera 6.2.2.1. DESCARGA FRONTAL Son los más usuales de todos, estos voltean el cucharón o bote hacia la parte delantera del tractor accionándolo por medio de gatos hidráulicos. Su acción esa base de desplazamientos cortos. Y se usa para excavaciones a cielo abierto, para manipulación de materiales suaves o fracturados en bancos de arena, grava, arcilla, etc.

Fig. 6.3. Palas cargadoras en operación mina

Una derivación de este tipo de descarga es cuando se usa el cucharón concha de almeja al que también se le llama cucharón de uso múltiple. Este se puede abrir en dos para cargar o descargar además de que se puede usar como un cucharón de descarga frontal el objeto de que el cucharón se abra es que cuando el labio superior que es el que forma la caja del cucharón se separa de la parte vertical, esta queda como cuchilla topadora, y se puede usar como tal además de que cuando está cargado se puede forzar ciertos materiales a entrar dentro, al cerrar las dos partes del cucharón. En la parte trasera del cucharón un par de cilindros hidráulicos de doble acción hacen que esta se abra o cierre. 6.2.2.3. DESCARGA TRASERA Los equipos de descarga trasera se diseñaron con la intención de evitar maniobras del cargador. En estos el cucharón ya cargado pasa sobre la cabeza del operador y descarga hacia atrás directamente al camión, a bandas transportadoras o a tolvas. Estos equipos resultan sumamente peligrosos y causan muchos accidentes porque los brazos del equipo y cargador pasan muy cerca del operador algunos de estos equipos han sido diseñados con una cabina especial de protección, pero esto resta eficiencia a la máquina por que reducen la visibilidad, además de añadirle peso al cargador. Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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En realidad, han sido desechados para excavaciones a cielo abierto y solo se usan en la construcción de túneles cuya sección no es suficientemente amplia para usar otro tipo de cargador. Estos equipos vienen generalmente montados sobre orugas, aunque algunos pequeños vienen sobre ruedas metálicas queruedan sobre una vía previamente instalada dentro del túnel. 6.2.3. VERSATILIDAD OPERACIONAL Los cargadores están capacitados para efectuar las siguientes operaciones:    

Carga de camiones tolva, vagones de tren o tolvas fijas. Carga y transporte, reemplazando en distancias cortas el empleo de camiones tolva.  Desde el frente de trabajo hasta el punto de vaciado, Ej. chancador primario.  Desde un stock de material hasta la planta de tratamiento. Como máquina auxiliar: puede trabajar en limpieza de frentes o lugares de trabajo, preparación de rampas, apertura de pistas de transporte en laderas de cerros, etc. Como máquina de empuje, sustituyendo a los tractores sobre orugas.

6.2.4. EN CUANTO A LA FORMA DE RODAMIENTO Existen dos tipos de unidades, que se diferencian en el tren de rodaje:  

Máquinas sobre orugas Máquinas sobre ruedas

6.2.4.1. DE CARRILES (ORUGAS) Al conjunto formado por el tractor de orugas y el equipo se le llama cargador frontal, tractor, pala y más comúnmente traxcabo que es la degeneración del nombre de un modelo de una marca determinada, pero que en Méjico se ha generalizado y se le nombra así al de todas las marcas. Fig. 6.4. Pala cargadora de orugas

En cuanto al sistema hidráulico, controles automáticos, cucharones y motor se rigen en forma general bajo el mismo principio de los cargadores montados sobre neumáticos. ORUGAS: El sistema de transito de estos cargadores consta de cadenas formadas por pernos y eslabones, a las cuales se atornillan las zapatas de apoyo, estas cadenas se deslizan sobre rodillos conocidos comúnmente comoroles. En el extremo posterior de la cadena se encuentra la Catarina que es un engranaje propulsor que transmite fuerza tractiva. Un adecuado ancho y largo de las orugas es necesario para la estabilidad contra el volcamiento lateral cuando se acarrean cargas pesadas

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6.2.4.2. DE LLANTAS (NEUMATICOS) Los cargadores frontales montados sobre neumáticos, son equipos de excavación, carga y acarreo que tienen un cucharón para estos fines y se adaptan en la parte delantera de los tractores mediante la selección del convertidor de par, bombas, motores adecuados, ejes de transmisión, diferencial y reducciones planetarias perfectamente conjuntados para suministrar la máxima potencia utilizable por pérdidas de rozamiento mínima se pueden realizar las siguientes funciones: Fig. 6.5. Pala cargadora de neumáticos

1. Transmitir fuerza suficiente a las ruedas para proporcionar una acción de empuje adecuado al peso de la máquina. 2. Suministrar fuerza al sistema hidráulico que excavará, levantará y volcará las cargas adecuadas por anticipado, estas máquinas no son simples tractores equipados con componentes adecuados para la excavación y carga, sino que son máquinas básicamente proyectadas para excavar, elevar y cargar cada una de ellas, formada por componentes estructurales, motrices y mecánicos concebidos para trabajar conjuntamente. 6.2.4.3. CARACTERISTICAS GENERALES Y DE DISEÑO Las principales ventajas de los cargadores son:              

Gran movilidad, alcanza hasta los 45 km / h permitiendo el transporte a cortas distancias. Altura de descarga, comprendida entre 3 y 7 m o más. Diseño compacto, relación media Peso en Servicio / Tamaño del balde de 7,5 t/m3. Relación favorable de Potencia instalada / Capacidad del Balde, alcanzándose un valor medio de 62 HP / m3. Capacidad para remontar y trabajar en pendientes y excelente maniobrabilidad y radio de giro pequeño gracias a la articulación central. Gran anchura del balde que le permite manejar grandes piedras o piezas. Puede obtener mezclas en las frentes de carguío debido a la gran maniobrabilidad. Facilidad para mantener un piso de carga más limpio, no precisándose máquinas auxiliares para estos menesteres, como en el caso de excavadoras de cables o hidráulicas. Adaptabilidad a diferentes métodos de carguío y transporte. Menor inversión de capital que en otros sistemas de carga. Menor peligro de envejecimiento debido a su menor vida útil (10.000 a 15.000 hrs.). Facilidad de reventa, alta posibilidad de arriendo y contratación. Mantenimiento sencillo por el sistema de intercambio de conjuntos. Menor necesidad de práctica y experiencia del personal que con otras unidades de carga.

Sin embargo, los cargadores de ruedas presentan los siguientes inconvenientes:   

Requieren que el material, en general, a cargar sea previamente tronado. Para igual capacidad del balde, tienen una menor productividad que las palas de cables. Necesitan amplio espacio para maniobrar, ya que necesitan desplazarse durante la operación de carga.

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     

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La productividad se reduce con la aparición de problemas de tracción, en suelos embarrados y blandos. Cuando el piso donde se está cargando es disparejo o presenta “patas”, se eleva el costo de los neumáticos. La menor vida de estos equipos se traduce en un mayor costo de propiedad. Necesitan bancos de menor altura para operar con seguridad. Menor DF que los cargadores de cables. Condiciones de trabajo para el operador más duras que en otras máquinas de carga.

6.3. VERSATILIDAD OPERACIONAL Y TIPOS DE UNIDADES Los cargadores están capacitados para efectuar las siguientes operaciones:    

Carga de camiones tolva, vagones de tren o tolvas fijas. Carga y transporte, reemplazando en distancias cortas el empleo de camiones tolva.  Desde el frente de trabajo hasta el punto de vaciado, Ej. chancador primario.  Desde un stock de material hasta la planta de tratamiento. Como máquina auxiliar: puede trabajar en limpieza de frentes o lugares de trabajo, preparación de rampas, apertura de pistas de transporte en laderas de cerros, etc. Como máquina de empuje, sustituyendo a los tractores sobre orugas.



Como máquina auxiliar: limpieza de tajos antes de la voladura, preparación de rampas, apertura de tajos antes de electrificar, manipulación de bolos para su taqueo, construcción y limpieza de pistas de transporte, etc.



Como máquina de empuje, sustituyendo a los tractores: limpieza de los tajos de carga después de efectuar la voladura y realizando la carga combinada con la excavadora, extendido en la escombrera, etc.

De acuerdo con la capacidad del cazo, se establecen tres categorías de palas cargadoras, categorías según tamaño de cucharas Tabla 6.1. Categoría según tamaño de cucharas Categoría I. Pequeñas II. Medianas III. Grandes

Capacidad de cuchara (m3) 8

Las palas cargadoras sobre orugas se construyen dentro de la Categoría I, utilizándose fundamentalmente como maquinaria auxiliar y como cargadora en situaciones favorables. Fig. 6.6. Palas frontales con acarreo mínimo

Mientras que las máquinas de la Categoría II se emplean fundamentalmente como unidades de carga asociadas al arranque mediante tractores y con volquetes, comprendidos entre las 35 y 50 t, — que es la gama más utilizada en los movimientos de tierra de obra pública— los equipos de la categoría III, que pueden llegar a tener cazos de hasta 25 m3, se utilizan sólo en los grandes proyectos y, fundamentalmente, en la minería a cielo abierto, ya que pueden cargar volquetes con capacidades

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superiores a 85 t. En las explotaciones mineras tienen una doble misión, ya que actúan como máquinas de carga y como equipos auxiliares. 6.3.1. NEUMATICOS El tractor básico del cargador se ha diseñado para permitir modificaciones en la distribución del peso, ya sea mediante el inflado de los neumáticos con agua o adición de los contrapesos por lo que se puede adaptar con mayor precisión a diversas condiciones de trabajo. Se estima que entre un 10% y un 20% del costo de mantenimiento de un cargador frontal está relacionado con los neumáticos.

Fig. 6.7. Neumáticos delanteros protegidos con cadenas

EI neumático es esencialmente un recipiente de presión flexible que utiliza miembros estructurales (nylon, cables de acero, etc.), para mantener la tensión correspondiente a la presión de inflado. Los miembros estructurales se sellan y protegen con una capa de goma que también forma el dibujo de las bandas de rodadura conformando el elemento de desgaste. Vida y Costo del Neumático = f (tipo de suelo, conservación del suelo, velocidad de operación, pendientes, radios de curva, ancho de rutas, clima, habilidad del operador, mantención, presencia de agua) CARGA Y PRESION DE INFLADO La carga que puede soportar un neumático depende de:  Tamaño del neumático  Presión de inflado • La presión debe dar al neumático la rigidez necesaria para resistir el aplastamiento de la carga  

Cada neumático tiene una deformación de trabajo limite que debe ser mantenida durante el servicio La presión de inflado aumenta con la carga, a un peso mayor, se necesita una mayor rigidez para resistir el aplastamiento de la carga

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Fig. 6.8. Accidentes de volquetes por exceso de carga

¿QUE INFLUYE EN LA DURACION DE LOS NEUMATICOS? 1. La Mina u obra vial.     

Naturaleza y estado de las pistas de rodaje. Estado de las áreas de carga y descarga. Pendiente de las pistas. Radios de viraje. Mantenimiento de las pistas.

6.3.2. PROTECCION DE LOS NEUMÁTICOS Para aumentar la duración de las costosas llantas, se debe recomendar a los operadores que no acomoden las cargas mediante arrancones y frenajes bruscos pues esta pésima costumbre se traduce en severos impactos y frecuente causa de rotura del tejido de las lonas de los neumáticos. Fig. 6.9. Neumáticos protegidos con eslabones de acero

Cuando la superficie de rodamiento está compuesta en materiales abrasivos y fragmentos de roca que pueden dañar a los neumáticos es prácticamente recomendable proteger a estos con zapatas y eslabones de acero. 6.3.3. CAPACIDAD DEL CUCHARON Se habla de los elementos básicos de carga, es decir de los cucharones. Para ello mencionaremos los diferentes tipos existentes en el mercado. 1. Cucharón ligero: Los equipos que únicamente van a cargar materiales sueltos y poco abrasivos tienen un cucharón ligero o liviano y en la parte externa del labio inferior están reforzados por una cuchilla que es la primera que entra en el material a remover Fig. 6.10. Cucharón para carga ligera

El balde para materiales ligeros se usa para manipular productos de baja densidad, como el carbón, arenas, etc.

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2. Cucharón reforzado: Cuando se necesita excavar además de cargar, entonces el cucharón es un poco más fuerte que el anterior y viene equipado con una serie de puntas o dientes repartidos en el mismo sitio en el que el anterior lleva cuchilla. Los dientes tienen por objeto facilitar la penetración del cucharón dentro del material. Estos dientes están cubiertos por un casquillo de acero especial resistente a la abrasión y cuando sufren desgaste considerable se cambian por nuevos con el objeto de proteger a los dientes y al cucharón mismo. Este cucharón es de uso general para manipular materiales sueltos de densidad media. 3. Cucharón super reforzado con dientes: Cuando el material que se va a cargar es roca fragmentada o lajas entonces se debe usar un cucharón especial super reforzado que es igual al cucharón de excavaciones pero más fuerte, algunos cucharones para roca tienen su borde inferior en forma de civil y no lleva dientes sino cuchilla. Fig. 6.11. Balde con dientes para roca volada

Especial atención debe prestarse al material de desgaste: portadientes, dientes, cuchillas, labios y cantoneras, existiendo gran variedad de diseños que permiten, además del recambio rápido, la selección más idónea en función del material a cargar. Los baldes están articulados en dos puntos: en los extremos de los brazos de elevación y en otros puntos superiores mediante una biela que determina el ángulo de forma con la horizontal.

Fig. 6.12. a) Cucharón cargando material ligero. b) cucharón para roca volada

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4. Cucharón para demolición: Este tipo sirve para cargar desechos y escombros de forma irregular, para esto cuenta con una mandíbula con fuerza hidráulica cuyos bordes son dentados. Las planchas laterales son desmontables para mejor agarre de materiales grandes Fig. 6.13. Cucharón para demolición de escombros y desechos

La capacidad mecánica de toda la máquina y en particular la de los componentes de los brazos y la cuchara ha de ser suficiente para soportar las tremendas fuerzas que se desarrollan durante esta parte del ciclo de trabajo del cargador. Íntimamente ligado a lo anterior está la capacidad de los cucharones los cuales varían con la potencia del tractor, el uso que se destina y también debe relacionarse al tamaño de las unidades de transporte por lo que si se desea adaptar uno de estos equipos a un tractor, es conveniente consultar los catálogos correspondientes porque cada equipo ha sido diseñado para un tractor determinado y lo anterior por lo general no es posible , ya que estos equipos vienen adaptados al tractor que corresponde desde la fábrica; pero vale la pena tenerlo en cuenta pues una mala adaptación puede costar mucho dinero y ser infructuoso. 6.3.4. SISTEMA HIDRAULICO El conjunto de brazo cuchara de los cargadores se acciona por medio de un sistema hidráulico que está formado por una bomba que recibe movimiento del motor del tractor, un depósito general de aceite, una red de circulación cerrada de flujo, los correspondientes pistones y los controles instalados al alcance del operador en el puesto de mando en el propio tractor. Casi en todos los cargadores son dos pares de gatos los que se accionan, sirviendo uno de los pares para subir y bajar el equipo, mientras el otro hace los movimientos de excavación y volteo, el tamaño de los cilindros y la presión hidráulica y la longitud de los brazos de palanca, mediante los cuales se transmite la fuerza hidráulica nos determina la fuerza ruptura que puede ser desarrollada en el borde de ataque del cucharón. Los cilindros de elevación proporcionan la fuerza suficiente para elevar una carga capaz de hacer bascular la máquina sobre su eje delantero, cuando la cuchara se encuentra situada en su posición de máximo alcance hacia delante. Esta carga se define como carga de vuelco. Está constituido por el mecanismo de elevación, el mecanismo de volteo y el balde.

Fig. 6.14. Mecanismo de accionamiento del balde a) en paralelo, b) en “z”.

6.3.4.1. OPERACIONES BÁSICAS Los parámetros que influyen en la productividad de un cargador frontal son: Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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 La fuerza de penetración: Es función del esfuerzo de tracción de la máquina y de la inercia de la misma, variará pues con:     

La potencia del motor. El diámetro de los neumáticos. Las condiciones de adherencia del terreno, y El peso de la máquina y su distribución por ejes. La fuerza de arranque o desprendimiento.

Es la fuerza máxima y continua en sentido vertical ascendente y conseguido por medio de la capacidad para elevar y recoger el cucharón alrededor del punto de giro especificado.  La fuerza de elevación: Es la que se ejerce para ascender el máximo peso de la carga en el cucharón a una altura especificada, con el cucharón situado en la posición de máxima retención de carga. Depende de la capacidad del sistema hidráulico y del peso de la máquina.  El tipo y capacidad del balde: La capacidad del balde se puede dar de dos formas:  Al ras.  Colmada. La “capacidad al ras” es el volumen contenido en el balde una vez nivelada la carga entre el filo y la parte trasera del balde. Fig. 6.15. Medida de la capacidad de un balde.

La “capacidad colmada” equivale al ras más la cantidad adicional que se acumule con un talud 2:1 de ángulo de reposo, y el nivel al ras paralelo al suelo.

Fig. 6.16. Factor de llenado del cucharón Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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La forma general de trabajo de un cargador de ruedas es la siguiente: La máquina se acerca al frente de carga con el balde al nivel del suelo, la cuchilla horizontal y con la velocidad más baja de la caja de cambios. Una vez que ha penetrado el balde en el terreno se procede a la carga del mismo mediante movimientos de cabeceo, apoyando la parte posterior del fondo sobre el terreno y manteniendo el empuje frontal, con una nueva elevación de los brazos hasta que se llena el balde. Fig. 6.17. Forma de trabajo del cargador frontal

La duración de esta fase depende de: el tamaño de la máquina, el tipo de material a cargar y la habilidad del operador. A continuación, se cambia el sentido de marcha, retirándose del frente con el balde levantado, y en un momento dado vuelve a desplazarse hacia delante con el fin de aproximarse al punto de vertido para depositar la carga, la trayectoria que describe el cargador es habitualmente en forma de “V”. 6.3.4.2. PROCEDIMIENTOS DE TRABAJO Existen cuatro procedimientos por medio de los cuales se puede efectuar la carga sobre las unidades de transporte: Método tradicional con un cargador:

Fig. 6.18. Método tradicional con un cargador

Consiste en colocar el camión sensiblemente normal al frente de carga y desde uno de los laterales cargarlo totalmente con un cargador. Ventajas:     

Es adecuado cuando la producción requerida está próxima a la producción de carga de una unidad. Es muy conocido por los operadores y no presenta problemas de ejecución. Permite descomponer el equipo en frentes de trabajo distintos. Permite la carga en frentes estrechas. Una vez situado el camión no hay que variarlo de posición.

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Desventajas:    

Elevado tiempo muerto de los camiones durante la carga. Mayor número de camiones para producciones altas. Necesidad de buen acoplamiento (Match Factor) para reducir tiempos de espera. Cierto tiempo de espera del cargador hasta que se coloca el camión.

Método tradicional con dos cargadores:

Fig. 6.19. Método tradicional con dos cargadores

Es análogo al interior, con la única diferencia de que es segundo cargador carga simultáneamente el camión desde el otro lado de éste. Ventajas:    

Es adecuado cuando la producción requerida está próxima a la producción de carga de dos unidades. Es conocido por los operadores y no presenta problemas en su ejecución. Aunque tiene un ciclo de carga algo superior al del método alternativo es más flexible, por lo que será más fácil de mantener en la práctica. Una vez situado el camión no hay que variarlo de posición.

Desventajas:  

Necesita frentes de trabajo más amplios que el método anterior. Precisa cierto tiempo de espera de los cargadores mientras se coloca el camión.

Método alternativo

Fig. 6.20. Método alternativo de carguio Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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Consiste en colocar el primer cargador normal al frente con el balde cargado y preparado para vaciar. El camión, al llegar al punto de carga, se coloca entre el frente y el cargador y recibe la primera baldada; después realiza una pequeña maniobra y se coloca perpendicular al punto de extracción con el balde hacia el mismo, recibiendo así la segunda baldada del otro cargador. En la misma posición recibe la tercera baldada suministrada por el primer cargador, que ha cargado mientras tanto, y el cuarto otra vez por la segunda, etc. Ventajas:  

No hay tiempos muertos ni para los cargadores ni para los camiones. El tiempo de carga es más corto que en el método anterior.

Desventajas:   

Dificultad para posicionarse el camión en el lugar correcto. Más complicado de ejecutar por los operadores. Al variar el número de baldadas con el que se carga el camión, cambia totalmente el planteamiento (número impar de baldadas).

Método en cadena:

Fig. 6.21. Método de carguío en cadena

Se dispone de tantos cargadores como baldadas se precisan para cargar un camión. Los cargadores se colocan normales al frente de extracción con los baldes llenos y separados de dicho frente entre 8 y 10 m, entonces empiezan a descargar sobre el camión que pasa entre el frente y los cargadores deteniéndose ante cada una de ellos. Ventajas:    

El camión se carga en el menor tiempo posible. Un completo y fácil acoplamiento sin tiempos muertos. El siguiente camión puede empezar a cargarse antes de terminar la carga del anterior. Costos mínimos para grandes producciones.

Inconvenientes:    

Requiere una producción muy alta en un frente único. Se precisan frentes muy amplios. Dificultad para posicionar el camión. Mayor riesgo para los neumáticos.

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- Relación cargador – camión     

Al respecto se debe tener en cuenta lo siguiente: Relación entre la capacidad del camión y la del balde de la máquina. Altura de descarga y comparación con la altura de la caja del camión. Alcance de la máquina y relación con el centro de la caja del camión. Anchura del balde y relación con la longitud de la caja del camión. Fig. 6.22. Parámetros de trabajo de un cargador frontal.

Los cargadores frontales ofrecen una alternativa al uso de palas eléctricas o hidráulicas. Presentan grandes ventajas, tales como su movilidad y la posibilidad de manejar grandes volúmenes de material (los más grandes superan las 40 yd3). Estos equipos deben maniobrar para descargar en el camión y para acceder a la frente de trabajo, a diferencia de las palas con base fija, que rotan en torno a la misma. Los cargadores permiten mayor flexibilidad en la producción pues pueden desplazarse con relativa facilidad y rapidez de una frente de trabajo a otra. Óptimamente, sin embargo, el acarreo debe ser mínimo. Se utilizan en mediana y gran minería, tanto para minerales industriales como metálicos. Fig. 6.23. Cargador frontal descargando en camión de gran tonelaje.

RENDIMIENTO DE: CARGADOR FRONTAL Y RETROEXCAVADORA Algunos equipos de carga son el cargador frontal, retroexcavadora, pala hidráulica, pala mecánica, draga y otras, que, en ocasiones, también se utilizan como equipos de excavación. En general para estos equipos, el rendimiento horario se obtiene al calcular la cantidad de material que mueve el cucharón en cada ciclo y multiplicando por el número de ciclos por hora. 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜 =

𝑚3 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 ∗ 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 ℎ𝑜𝑟𝑎

La cantidad de material que mueve el cucharón en cada ciclo es la capacidad nominal del cucharón afectada por un factor de carga o llenado, expresado en forma de porcentaje, que depende del tipo de material que se cargue. 𝑚3 = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 ∗ 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 El factor de carga se puede determinar empíricamente (por medio de mediciones), o tomarse de los manuales de fabricantes. Se muestran tablas para definir el factor de llenado, para cargadores frontales y así tambien para retroexcavadoras. Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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La tabla indica la cantidad aproximada del material como porcentaje de la capacidad nominal de cucharón, o sea lo que realmente moverá el cucharón por ciclo. Tabla 6.x. Factor de llenado del cucharón para cargador frontal Material Suelto Agregados húmedos mezclados Agregados iniformes hasta 3 mm (1/8”) De 3 a 9 mm (1/8 a 3/8”) De 12 a 19 mm (1/2 a ¾”) De 25 mm (1”) y más grandes Roca de voladura Bien fragmentada De fragmentación mediana Mal fragmentada Varios Mezcla de tierra y roca Limo húmedo Suelo, piedras, raíces Materiales cementados

Factor de llenado 95 – 100% 95 – 100% 90 – 95% 85 – 90% 58 – 90% Factor de llenado 80 – 95% 75 – 90% 60 – 75% Factor de llenado 100 – 120% 100 – 110% 80 – 100% 85 – 95%

Nota: Los factores de llenado para cargadores de ruedas dependen de la penetración del cucharón, la fuerza de desprendimiento, el ángulo de inclinación hacia atrás, el perfil del cucharón y el tipo de herramientas de corte como dientes de cucharón o cuchillas reemplazables empernables En una retroexcavadora, la carga útil del cucharón (cantidad de material por ciclo) depende del tamaño y forma del cucharón, de la fuerza de plegado y de características del suelo reflejadas en el factor de llenado; se indican a continuación estos factores para algunos materiales. CARGADORES FRONTALES Para determinar el número de ciclos/hora, de un cargador frontal, se establecerá la eficiencia de la operación o sea minutos efectivos de trabajo en una hora dividido entre el tiempo en minutos del ciclo. 𝐶𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 ℎ𝑜𝑟𝑎 = ℎ𝑜𝑟𝑎 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 (𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜𝑠) La determinación del tiempo de ciclo de un cargador se hará a partir del tiempo de ciclo básico y se le sumaran o restaran fracciones de minuto de acuerdo con las condiciones que se tendrán en campo. Para cargadores articulados el tiempo del ciclo básico varía dependiendo, en gran medida del tamaño del equipo, entre 0.40 a 0.80 minutos, (de menor a mayor tamaño) y se sumarán o restaran fracciones de minuto según las condiciones siguientes: Tabla 6.x. Para estimar el tiempo de ciclo para Cargador Descripción materiales Manipulador de materiales Mezclados Hasta 3 mm (1/8 pulg) De 3 mm (1/8 pulg) a 20 mm (3/4 pulg) De 3 mm (3/4 pulg) a 150 mm (6 pulg) Más de 150 mm (6 pulg) Banco fracturado Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

Minutos a sumar (+) o a restar (-) del ciclo básico Máquina (-) 0.05 Materiales (+) 0.02 (+) 0.02 (-) 0.02 0.00 (+) 0.03 y más (+) 0.04 y más Página 16

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Pila Apilado por transportador o topadora a más de 3 mApilado por transportador o topadora a menos de 3 m. Descargado por camión Varios Mismo propietario de camiones y cargadores Propietario independiente de camiones Operación constante Operación intermitente Punto de carga pequeño Punto de carga frágil

0.00 (+) 0.01 (+) 0.02 Hasta (-) 0.04 Hasta (+) 0.04 Hasta (-) 0.04 Hasta (+) 0.04 Hasta (+) 0.04 Hasta (+) 0.04

Ejemplo 6.x: Cálcular el rendimiento de cargador frontal, necesitamos conocer cuál será el rendimiento de un cargador frontal con las condiciones siguientes: Capacidad del cucharón 2.5 m3 Carga de roca de voladura medianamente fragmentada Propietario independiente de equipo de acarreo Encontremos el tiempo de ciclo, al ser un cucharón pequeño, tomaremos el ciclo básico de 0.4 min, según las condiciones le sumamos 0.04 min por banco y 0.04 por propietario y restamos 0.04 min por operación constante: 𝐶𝑖𝑐𝑙𝑜 = 0.44 𝑚𝑖𝑛 Ciclos por hora suponiendo una eficiencia del 75% 𝐶𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 60 𝑚𝑖𝑛⁄ℎ ∗ 0.75 = = 102.27 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠⁄ℎ ℎ𝑜𝑟𝑎 0.44 𝑚𝑖𝑛⁄𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 Ahora calcularemos el volumen de material que se moverá en cada ciclo, de acuerdo a lo referido anteriormente: 𝑚3 = 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 ∗ 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 Conocemos la capacidad nominal que es de 2.5 m3, el factor de carga será de acuerdo al material que se mueve, para nuestro caso tenemos roca de voladura medianamente fragmentada por lo que vemos en la tabla que el factor va de 0.75 a 0.9, escogemos el menor, y calculamos: 𝑚3 = 2.5 𝑚3 ∗ 0.75 = 1.875 𝑚3 ⁄𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 Finalmente el rendimiento será: 𝑅𝑒𝑛𝑑. ℎ𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜 = 1.875 𝑚3 ⁄𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 ∗ 102.27 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠⁄ℎ = 192 𝑚3 ⁄ℎ Otra forma de obtener el rendimiento consiste en hacer uso de las tablas de rendimientos que proporciona el fabricante, siempre tomando en cuenta las condiciones en que la tabla está hecha. Siguiendo con el ejemplo anterior, tenemos un cucharón de 2.5 m3 y un tiempo de ciclo de 0.44 min, con estos datos entramos a la tabla que en las columnas nos muestra la capacidad de cucharón y en los renglones el tiempo del ciclo y en número de ciclos por hora.

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Entrando con los datos conocidos encontramos en el cruce más cercano (2.5 m3 y 0.45 min) una producción horaria de 332 m3 y aplicándole los factores de eficiencia y factor de carga que en la misma tabla se contemplan, el rendimiento será: 𝑅𝑒𝑛𝑑. ℎ𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜 = 332 𝑚3 ∗ 0.75 ∗ 0.75 = 186 𝑚3 ⁄ℎ Nota: se puede realizar una interpolación para los datos conocidos y el resultado del rendimiento será más cercano al rendimiento obtenido analíticamente. 6.4. EXCAVADORAS DE CABLES (Eléctricas) Se utilizan principalmente en mediana y gran minería a cielo abierto. Tienen un bajo costo por unidad de producción y pueden manejar grandes volúmenes. Cada modelo puede combinarse con varios modelos de camiones, lo que les otorga cierta flexibilidad. Son equipos caros y críticos en la producción que requieren de mantenimiento preventivo para evitar interrupciones en la producción. Tienen poca movilidad para trabajar en varios frentes al mismo tiempo. Para una misma producción, la energía eléctrica que consumen estos equipos resulta más económica que el consumo de combustible de una pala hidráulica. Sin embargo, el costo de inversión requerido es considerablemente mayor en el caso de una pala eléctrica. Fig. 6.X. Pala electrica pala P&H 2800XP.

6.4.1. TIPOS DE UNIDADES Con la misma concepción, hay dos tipos de excavadoras de cables:  Excavadoras para cargar sobre otro equipo (volquetes, vagones, tolvas, etc).  Excavadoras de desmonte, que descargan directamente en el vertedero situado en el hueco creado anteriormente. Por esa distinta función que realizan, la diferencia está en su tamaño, alcance capacidad y tamaño de cazo.

Fig. 6.24. Pala de cable cargando camión.

Los tres fabricantes clásicos, Bacyrus – Erie, Harnischfeger (P&H) y Marion (hoy Dresser), construyen ambos tipos de máquinas. Estas máquinas son capaces de excavar desde los materiales más blandos a los más resistentes. Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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En cuanto a la capacidad del cazo, esta es función de la densidad del material suelto y de la longitud de la pluma. Un incremento en cualquiera de éstos obliga a una producción del tamaño del cazo para no sobrepasar la capacidad de elevación o mantener el equilibrio de la máquina. La alimentación a las excavadoras se realiza en alta tensión desde la red trifásica de distribución de la explotación. La tensión de dicha red (15 a 45 kV) es muy superior a la utilizada normalmente por las excavadoras (3.3 a 7.2 kV). Por ello, se necesita una transformación intermedia que se realiza mediante una subestación, normalmente móvil y situada en la propia explotación. Desde ella se alimenta, a la tensión requerida y mediante un cable flexible, a la excavadora. 6.4.2. CICLO BÁSICO El ciclo básico de trabajo de una de estas máquinas consiste en excavar el frente del tajo, una vez lleno el cazo girar hasta situarla sobre el elemento receptor de la carga, descargar y girar en vacío hasta el frente, al mismo tiempo que desciende el cazo, para empezar en nuevo ciclo. El ciclo descrito se efectúa exclusivamente con la superestructura giratoria, pivotando sobre la estructura inmóvil durante el mismo. Por ello, con ángulos de giro inferiores a 120° el ciclo no superara el medio minuto, empleando un 25% en excavación, 32% girando con la carga, 33% en la descarga o giro vacío y un 10% en el posicionamiento del cazo. Debido a la geometría del perfil de excavación es relativamente fija, con carrera horizontal reducida, cada cierto tiempo es necesario reposicionar la máquina en el tajo, con objeto de recuperar o mantener la posibilidad de ejecutar un ciclo correcto aprovechando adecuadamente las fuerzas de empuje de elevación. Estos desplazamientos cortos se hacen sobre las orugas, permaneciendo entonces bloqueados los mecanismos de excavación. Fig. 6.25. Pala excavadora de cables en operación

El diseño de estas palas requiere alta estabilidad y seguridad para el operador, el cual se ubica en frente de la pala, con una amplia visión de la frente de trabajo, pero a una distancia que permite que no exista el riesgo de ser alcanzado por desprendimientos de la frente de trabajo. Tabla 6.2. De conversión; Expansión, Vacíos y Factores de Carga o de Hinchamiento (FH) (%) de Hinchamiento 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Vacíos (%) 4.8 9.1 13.0 16.7 20.0 23.1 25.9 28.6 31.0 33.3

Factor de Carga (FH) 0.952 0.909 0.870 0.833 0.800 0.769 0.741 0.714 0.690 0.667

(%) Hinchamiento 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

Vacíos (%) 35.5 37.5 29.4 41.2 42.9 44.4 45.9 47.4 48.7 50.0

Factor de Carga (FH) 0.645 0.625 0.606 0.588 0.571 0.556 0.541 0.526 0.512 0.500

6.4.3. CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DE LA PALA Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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Una vez que un determinado tamaño de pala ha sido escogido, la capacidad de producción sobre una base anual puede ser calculada usando los siguientes factores: A. Factor de Hinchamiento Es la relación entre el peso del material en el banco y el peso del material suelto. 𝐹𝐻 =

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑚3 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑆𝑢𝑒𝑙𝑡𝑜 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑚3 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝐵𝑎𝑛𝑐𝑜

B. Factor de llenado Es la facilidad con que el material entra a la cuchara de la pala y la llena. Estos factores se tienen en base al material excavado. Factor de Llendo, (FLL)

Tipos de Suelos Excavación Fácil

0.95 – 1.00

Excavación Media

0.90 – 0.95

Excavación Dura

0.80 – 0.90

Excavación muy dura

0.70 – 0.80

Aplicaciones _Se aplica a todos los materiales sueltos de forma granular tales como arena, grava, piedra triturada. _ La cuchara de la pala es completamente llenada. _ Se aplica a materiales tales como tierra, mezcla de arcilla y grava, carbón. _ Se puede obtener lleno completo de la pala cuando hay materiales que tienen tendencia a fluir cuando son triturados por los dientes de la cuchara. _ Materiales que requieren voladura pero que dan buena fragmentación. _ Las partículas de tamaño medio dan considerable porcentaje de vacíos. _ Son materiales tales como caliza, yeso, pizarra grava cementada. _ Material que requiere fuerte voladura y de fragmentación irregular. _ Una regular cantidad de rocas que resisten la penetración de la pala. _ Materiales tales como taconita, pizarra laminada, granito, conglomerado.

La clasificación de material por peso, no es necesario para estimar la producción, pero ayuda a entender mejores indicaciones de los fabricantes de palas: Ligero Medio Pesado Muy pesado

1200 kg/m3 de material suelto 1500 kg/m3 de material suelto 1800 kg/m3 de material suelto 2000 kg/m3 de material suelto

C. Ciclo de Trabajo: Es el tiempo en segundos requerido para girar 90º para un tamaño dado de pala. El ciclo de trabajo varía con las condiciones de excavación como puede verse en la siguiente tabla. Tabla 6.11. Tiempo en segundos para un ciclo de trabajo giro de 90º Capacidad de la cuchara (lb/yd3) 3.5 4 5 Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

Fácil

Media

Dura

Muy dura

15 18 19

17 18 19

21 22 23

26 27 28 Página 20

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6 7 8 9 10

20 21 21 22 23

20 21 21 22 23

24 25 25 26 27

29 30 30 31 32

Por cada 9º de giro se obtendrá aproximadamente 1 segundo para ciclo de trabajo. D. Eficiencia de Utilización El tiempo total de producción cuando la maquina es mecánicamente disponible y utilizada es del 100%. Retardos tales como cambio de turno, almuerzo, lubricación y ajustes menores, reducen este valor. Los siguientes valores pueden ser usados como guía: 92 % (55 minutos – hora) 83 % (50 minutos – hora) 75 % (45 minutos – hora) 67 % (40 minutos – hora)

Excelente Buena Regular Pobre

La utilización del 83 % es usada como estimativa cuando se tienen unidades de transporte amplias y son cargadas por el método de doble cargue. 6.4.4. CALCULO DE PRODUCCIÓN HORARIA 𝑻𝑷𝑯 =

𝑪𝒄 ∗ 𝑭𝑳𝑳 ∗ 𝑼 ∗ 𝑭𝑯 ∗ 𝑭𝑪 ∗ 𝟑𝟔𝟎𝟎 𝑪𝑻

Donde: Cc = Capacidad de la cuchara FLL = Factor de llenado U = % de utilización FH = Factor de Hinchamiento FC = Factor de conversión = ton/m3 CT = Ciclo de trabajo (seg)

Ejemplo 6.1: Una pala de 7.5 m3 de capacidad operando con material de 2.4 ton/m3. La pala trabaja utilizando el método de doble cargue. La excavación es muy dura (conglomerado) Cc = 7.5 m3 𝑇𝑃𝐻 =

FLL = 0.75

U = 0.83

FH = 0.60

FC = 2.4 t/m3

CT = 32 s

𝐶𝑐 ∗ 𝐹𝐿𝐿 ∗ 𝑈 ∗ 𝐹𝐻 ∗ 𝐹𝐶 ∗ 3600 7.5 𝑚3 ∗ 0.75 ∗ 0.83 ∗ 0.60 ∗ 2.4 𝑡⁄𝑚3 ∗ 3600 = = 𝟕𝟓𝟔. 𝟑𝟒 𝒕⁄𝒉 𝐶𝑇 32 𝑠

Ejemplos 6.2: Se desea determinar la producción de una excavadora de cables con una capacidad de 11.5 m3 (15 yd3), trabajando en un banco de 12 m de altura, constituido por una roca de excavabilidad media. El giro que realiza la superestructura de la máquina es de 120°, como consecuencia de estado del tajo se impide la colocación adecuada de los volquetes. La eficiencia global se considera que es del 83%, la altura óptima de carga coincide con la del banco de trabajo y el Factor de Conversión Volumétrica V = 0.75. Capacidad del Cazo Factor de llenado del cazo Factor de eficiencia Factor de conversión volumétrica Factor de corrección por altura de carga Factor de corrección por ángulo de giro Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

Cc = 11.5 m3 FLL = 0.9 Eff = 0.83 V = 0.75 H=1 A = 0.91 Página 21

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Tiempo de ciclo de un cazo 𝑃=

Tc = 0.80 min

60 ∗ 𝐶𝑐 ∗ 𝐸𝑓 ∗ 𝐹𝐿𝐿 ∗ 𝐻 ∗ 𝐴 ∗ 𝑉 60 ∗ 11.5 ∗ 0.83 ∗ 0.90 ∗ 1 ∗ 0.91 ∗ 0.75 = = 439.7 ≈ 𝟒𝟒𝟎 𝒎𝟑 𝒃⁄𝒉 𝑇𝑐 0.80 𝑃=

60 ∗ 𝐶𝑐 ∗ 𝐸 ∗ 𝐹 ∗ 𝐻 ∗ 𝐴 60 ∗ 11.5 ∗ 0.83 ∗ 0.90 ∗ 1 ∗ 0.91 = = 𝟓𝟗𝟔 𝒎𝟑 𝒔⁄𝒉 𝑇𝑐 0.80 𝑚𝑖𝑛

6.5. EXCAVADORAS HIDRAULICAS Desde la década del 70 hasta nuestros días, en los movimientos de tierras, en obras públicas y en minería, las palas cargadoras y las excavadoras hidráulicas han ido sustituyendo a las excavadoras de cables, dejándolas relegadas al sector de las grandes explotaciones a Cielo Abierto. Esta tenencia a la baja se vio acrecentada en los años 80, debidó a la evolución y desarrollo de las excavadoras hidráulicas. Fig. 6.26. Diseño de la excavadora hidráulica.

Las excavadoras hidráulicas constituyen en la actualidad, tras haber alcanzado su madurez, un equipo alternativo de excavación y carga, tanto en las explotaciones mineras como en las obras públicas. Excavadora hidráulica: tiene Alta Productividad a Bajos Costos. 6.5.1. TIPOS DE UNIDADES Existen principalmente dos configuraciones básicas de excavadoras hidráulicas:  Excavadoras hidráulicas Frontales  Excavadoras hidráulicas Retros La diferencia de diseño entre estas unidades se centra en el sentido de movimiento de los cazos y en la geometría de los equipos de trabajo. Normalmente, los fabricantes las ofrecen en las dos versiones.

Fig. 6.27. RH 40-E Pala Frontal con TriPower. RH 40-E Retro

Las excavadoras hidráulicas Retros se componen de la pluma, el brazo y el cazo, articulados entre sí y accionados mediante cilindros hidráulicos. La pluma puede estar constituida por una pieza mono bloque o por dos, admitiendo en éste último caso distintas posiciones de unión.

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Un método para aumentar la productividad del equipo de carga, reduciendo los tiempos de espera de este, consiste en el empleo de dos volquetes por excavadora pudiendo situarse a ambos lados o uno en el nivel superior y otro en el inferior. Fig. 6.28. Empleo de dos volquetes con una retroexcavadora.

Durante la operación, los dos diseños difieren fundamentalmente en la acción de excavación y perfil de trabajo.

Fig. 6.29. Equipo Frontal y Equipo Retro en operación

6.5.2. EXCAVADORAS Y RETREOEXCAVADORAS Las Excavadoras y Retroexcavadoras más grandes de linea en el mercado son de de 2 1/2 a 3 yd 3 de capacidad, gracias a su alcance, profundidad y productividad se han abierto paso a nuevas aplicaciones en excavaciones en general, trabajos en mineria y manejo de materiales y han desplazado, en algunos casos, a los cargadores sobre llantas, palas y dragas que efectúan esos trabajos.

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Fig. 6.x. Retroexcavadora en operación típica de carguio

6.5.2.1. PARTES BASICAS Y OPERACION. Una retroexcavadora tiene un rango de acción bastante amplio en el cual se puede mover económica y eficientemente. La zona aproximada de operación de una retroexcavadora hidráulica (capacidad de 1 a 3 yd3 es la siguiente; Alcance Profundidad Altura de carga

10 a 15 m. 6 a 10 m. 4 a 7 m.

La zona de operación se divide en 2 áreas: 1- AREA DE EXCAVACION

Fig, 6x- a) alcance de una retroexcavadora, b) alcance de una excavadora

Esta área esta bajo el piso en el que se apoya la máquina; está limitada por el alcance de la pluma, brazo de excavación y cucharón. 2. - AREA DE VACIADO. Esta área esta sobre el piso, limitada por el alcance horizontal fuera del área que sé esta excavando, sin moverse de lugar. Las Excavadoras y Retroexcavadoras para su propulsión pueden ser montadas sobre orugas o sobre llantas neumáticas, siendo las más comunes las montadas sobre orugas, utilizándose donde es posible mover grandes volúmenes sin necesidad de grandes desplazamientos. OPERACION.

  

Alcance Capacidad del equipo Profundidad de excavación

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 

Altura de descarga Giro

FACTORES QUE AFECTAN LA OPERACION (EXTERNOS). -

Tipo de material Peso del material Abundamiento del material Contenido de humedad Angulo de reposo

FACTORES QUE INTERVIENEN DIRECTAMENTE EN LA OPERACION. - Tamaño del cucharón - Rendimiento horario aproximado - Factor de eficiencia u operación - Factor de profundidad de corte - Factor de giro - Factor por facilidad de carga -Acarreo TABLA 1- Rendimiento horario aproximado (m3 abundado), en m3 / hr. Capacidad cucharón 3

3

yd 1 1¼ 1 7/8 2½ 3

m 0.76 0.95 1.45 1.90 2.30

Clase I Arcilla 3

m /hr 86 - 101 101 - 133 146 - 192 199 - 258 249 - 391

Clase II Roca fragmentada 3

m /hr 62 - 78 82 - 104 110 - 144 144 - 206 189 - 258

TABLA 2 Factor de facilidad de carga Tipo de carga Carga fácil Carga media Carga dura Carga muy dura

Factor de carga Tipo de material 0.95 Arcillas, arenas 0.85 Tierra con boleos 0.70 Tepetates, gravas 0.55 Pizarras, roca Fragmentada

TABLA 3 Factor por profundidad de corte Profundidad 1.50 3.00 4.50 6.00 7.50 9.00

Factor 0.97 1.15 1.00 0.95 0.85 0.75

TABLA 4 Factor por ángulo de giro

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Giro 45° 60° 75° 90° 120° 180°

Factor 1.05 1.00 0.93 0.86 0.76 0.61

CALCULO DE RENDIMIENTOS EXCAVACION El rendimiento real se obtiene con la fórmula: 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑙 =

𝑅𝑇 ∗ 𝐹𝑔 ∗ 𝐹𝑐 ∗ 𝐹𝑜𝑝 𝐴

CARGA DE MATERIAL SUELTO El rendimiento real se obtiene con la fórmula: 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑙 = Siendo: RT = Rendimiento teórico Fg = Factor de ángulo de giro Fc = Factor de corte Fop = Factor de operación Ffc = Factor de facilidad de carga A = Coeficiente de abundamiento

𝑅𝑇 ∗ 𝐹𝑔 ∗ 𝐹𝑓𝑐 ∗ 𝐹𝑜𝑝 𝐴

Ejemplo 6.x: Se requiere una producción mensual de excavación de 15,000 m3 en un terreno de roca fragmentada, el equipo descargará a 90º y a una profundidad de 9 m. Se pide la capacidad del equipo apropiado y su Costo Unitario por m3. DATOS Produccion mensual 15,000 m3 Factor de giro (90°) = 0.86 Factor de Prof. de corte (9 m) = 0.75 Factor de operación = 0.55 Coeficiente de Abundamiento = 1.30 Solución: Producción necesaria por hora: Horas trabajadas por mes = 200 h. 𝑃𝑟𝑜𝑑. 𝑜 𝑅𝑒𝑛𝑑. 𝑅𝑒𝑎𝑙 =

15,000 𝑚3 = 75 𝑚3 ⁄ℎ 𝑒𝑛 𝑏𝑎𝑛𝑐𝑜 200 ℎ

Sí Rendimiento. necesario por hora:

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𝑅𝑒𝑛𝑑. 𝑅𝑒𝑎𝑙 ∗ 𝐴 75 𝑚3 ⁄ℎ ∗ 1.30 𝑅𝑒𝑛𝑑. 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑜 = = = 274.84 𝑚3 ⁄ℎ 𝑎𝑏𝑢𝑛𝑑𝑎𝑑𝑜𝑠 𝐹𝑔 ∗ 𝐹𝑐 ∗ 𝐹𝑜𝑝 0.86 ∗ 0.75 ∗ 0.55 Según tabla 1 se utiliza una retroexcavadora de 3 yd3 Con motor de 400 HP. Si el costo horario de una retroexcavadora de 3 yd3 es de 236.25 $us/h. El C.U. por m3 será: 𝐶. 𝑈. =

236.25 $𝑢𝑠⁄ℎ = 3.15 $𝑢𝑠⁄𝑚3 75 𝑚3 ⁄ℎ

6.5.3. CÁLCULO DE PRODUCTIVIDAD DE EQUIPOS DE CARGUÍO SIN ACARREO La productividad de equipos de este tipo se calcula de la siguiente forma: 𝑃=

𝐶𝑐 ∗ 3600 ∗ 𝐹𝑐 ∗ 𝐹𝑓 ∗ 𝐷𝑀 𝑇𝑐

[𝑚3 ⁄ℎ]

Cc = Capacidad de la cuchara, (m3) Fc = Factor de carga (fracción) Ff = Factor de eficiencia de la cuchara, que depende de la clase de terreno, entre 70% y 80%. DM = factor de disponibilidad mecánica Tc = Tiempo de duración del ciclo en segundos, comprende la excavación el giro hasta la desarga, la descarga y el giro hasta origen. El tiempo del ciclo, con rotación de 90° es: Terreno flojo……15 a 20 s Terreno medio…20 a 25 s Terreno duro…...25 a 30 s Para rotaciones mayores o menores, se sumarán o restarán 2 segundos por cada 10º (18 seg por 90º). Una estimación media de lo que podría ser un ciclo-piloto de una pala cargadora, puede ser la siguiente: Excavación y carga Inversión marcha Retroceso cargado Giro Parar Descenso carga Invertir marcha Transporte Parar Voltear carga Invertir marcha Retroceder Giro Avance frente Parar 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 27 + 3.6 ∗ 𝐿 ∗ [

6 seg. 1 seg. 3 seg. 1 seg. 1 seg. 4 seg. 1 seg. L/12 * 3.6 1 seg. 4 seg. 1 seg. 2 seg. 1 seg. L/20 * 3.6 1 seg. 1 1 + ] 𝑠𝑒𝑔𝑢𝑛𝑑𝑜𝑠 12 20

Algunos factores de carga (Fc) para distintos tipos de material se presentan a continuación: Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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Tabla 6.3. Factores de carga (Fc) según tipo de material. Material Tierra húmeda o arcillas arenosas Arena y grava Arcilla dura Roca, buena fragmentación Roca, mala fragmentación

Rango de Fc (en % de capacidad colmada de balde) 100 – 110 95 – 110 80 – 90 60 – 75 40 – 50

El tiempo de cada segmento de la operación dependerá de las condiciones de trabajo, localización del camión o equipo de transporte, profundidad de la excavación, existencia de obstáculos, tamaño de la excavadora, etc. Típicamente el tiempo total del ciclo fluctúa entre los 20 y 30 segundos, pudiendo llegar a 10 a 15 segundos en casos de extrema eficiencia y a cerca de 50 segundos en casos muy complicados. Ejemplo 6.3: Seleccione el tamaño de balde para una flota de palas en una operación minera de hierro, dados los siguientes antecedentes acerca de la operación. Se trabaja en toneladas cortas (1 t = 2000 lb). Nro. = (1) Número de equipos: 3 Pe = (2) Capacidad diaria requerida por equipo: 32700 t/día Tdp = (3) Tiempo diario estimado de operación: 17.02 h Ex = (4) Excavabilidad del material: muy difícil Tc = (5) Tiempo estimado de ciclo: 37 s δb = (6) Densidad in situ del material: 6000 lb/yd3 ε = (7) Factor de esponjamiento: 0.60 Fll = (8) Factor de llenado de balde: 0.80 Ciclos requeridos por día: 𝑁𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠−𝑑í𝑎 =

3600 (𝑠⁄ℎ) ∗ 𝑇𝑑𝑝 3600 𝑠⁄ℎ ∗ 17.02 ℎ = = 1,656 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠⁄𝑑í𝑎 𝑇𝑐 37 𝑠

Tonelaje por ciclo: 𝐶𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 =

𝑃𝑒 𝑁𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠−𝑑í𝑎

=

32,700 𝑡⁄𝑑í𝑎 = 19.8 𝑡 = 39,600 𝑙𝑏 1,656 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠⁄𝑑í𝑎

Tamaño del balde: 𝐶𝑏𝑎𝑙𝑑𝑒 =

𝐶𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 (𝑙𝑏) 39,600 𝑙𝑏 = = 13.8 𝑦𝑑3 ≈ 𝟏𝟒 𝒚𝒅𝟑 𝛿𝑏 ∗ 𝜀 ∗ 𝐹𝑙𝑙 6,000 𝑙𝑏⁄𝑦𝑑3 ∗ 0.6 ∗ 0.8

Ejemplo 6.4: En el tajo a Cielo Abierto de la mina Santa Isabelita, se cronometraron los tiempos de la pala electro-hidráulica O&K RH10D y fueron: Tiempo de acomodo y separación del material Tiempo de desquinche talud Tiempo de cambio de posición de la pala Tiempo de limpieza del piso por el tractor Tiempo perdido en otros factores improductivos Tiempo de espera para cargar al siguiente volquete Tiempo de carga cuchara Tiempo de giro para descargar Tiempo de descarga Tiempo de giro retorno Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

= 420 s = 85 s = 70 s = 215 s = 150 s = 1980 s = 1300 s/punta = 720 s/punta = 610 s/punta = 700 s/punta Página 28

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Tiempo de transporte volquetes Tiempo de reparación motor de cable e izamiento Capacidad de volquete Lectra Haul M100 Eficiencia de carguío Número de ciclos de pala Número de viajes/volquete Tiempo de operación asignado Calcular: a) b) c) d) e)

= 18 min = 35 min = 35.70 m3 = 85% = 110 ciclos/pala = 17 viajes/punta = 420 min/punta

Ciclo de la pala Eficiencia de trabajo de la pala Número de volquetes cargados/punta Número de volquetes necesarios para operación óptima de pala Rendimiento de la pala

a) Ciclo de la pala: 𝑇⁄𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 = 𝑇1 + 𝑇2 + 𝑇3 + 𝑇4 = (1,300 + 720 + 610 + 700) 𝑠⁄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 = 3,330 𝑠⁄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 𝐶𝑂𝑃 =

𝑇 [𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜] 3,330 𝑠⁄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 = = 𝟑𝟎. 𝟐𝟕 𝒔⁄𝒄𝒖𝒄𝒉𝒂𝒓𝒂 𝑁º [𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜𝑠 𝑝𝑎𝑙𝑎] 110 𝑐𝑖𝑙𝑜𝑠⁄𝑝𝑎𝑙𝑎

Dónde: T = Tiempo de ciclos de carga pala T1 = Tiempo de carga de cuchara T2 = tiempo de giro para cuchara T3 = Tiempo de descarga T4 = Tiempo de giro retorno Nº = número de ciclos pala durante la punta b) Eficiencia del trabajo de la pala (E): 𝐸=

𝑇 3,330 𝑠⁄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 ∗ 100 = ∗ 100 = 𝟓𝟑. 𝟐𝟖% 𝑇 + 𝑡1 + 𝑡2 + 𝑡3 + 𝑡4 + 𝑡5 + 𝑡6 3,330 + 420 + 85 + 70 + 215 + 150 + 1980

Dónde: t1 = tiempo de acomodo y separación del material t2 = tiempo de desquinche de talud t3 = tiempo de cambio de posición t4 = tiempo de limpieza del piso por el tractor t5 = tiempos perdidos en otros factores improductivos t6 = tiempo de espera para cargar el siguiente volquete c) Número de volquetes cargados por punta: 𝑁𝑉⁄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 =

𝑁𝑉 =

(𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑠𝑖𝑔𝑛𝑎𝑑𝑜 − 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑠 𝑚𝑢𝑒𝑟𝑡𝑜𝑠) 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑢𝑖𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 sin 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑠 𝑚𝑢𝑒𝑟𝑡𝑜𝑠

(420 − 35) ∗ 0.5328 = 62.40 𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒𝑠⁄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 ≈ 𝟔𝟐 𝒗𝒐𝒍𝒒𝒖𝒆𝒕𝒆𝒔⁄𝒑𝒖𝒏𝒕𝒂 3,330 ∗ 60 17

Dónde: Tiempos muertos = tiempos de mantenimiento, reparación, falla de vehículos, averías, etc.

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𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑚𝑢𝑒𝑟𝑡𝑜𝑠⁄𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 sin 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜𝑠 𝑚𝑢𝑒𝑟𝑡𝑜𝑠 =

(𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜⁄𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 ∗ 60) 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑎𝑗𝑒𝑠⁄𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒

d) Número de volquetes necesarios para operación óptima Eff la pala: (𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒) 𝑁𝑉 = 1 + [ ] (𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑢𝑖𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒) 𝑁𝑉 = 1 + [

18 ] = 3.93 𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒𝑠 ≈ 𝟒 𝒗𝒐𝒍𝒒𝒖𝒆𝒕𝒆𝒔 3.27 ( ) 0.5328

e) Rendimiento de la pala: 𝑅 = 𝑁𝑉⁄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 ∗ 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑⁄𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 ∗ 𝐸𝑓𝑓

[𝑚3 ⁄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎]

𝑅 = 62 𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒𝑠⁄𝑝𝑢𝑛𝑡𝑎 ∗ 35.70 𝑚3 ∗ 0.85 = 𝟏, 𝟖𝟖𝟏 𝒎𝟑 ⁄𝒑𝒖𝒏𝒕𝒂 Dónde: Eff = eficiencia de la cuchara, que depende del factor de llenado, factor de esponjamiento, peso específico del mineral, etc.

Fig. 6.33. Proceso de Carguío y Acarreo

6.7. EQUIPOS DE TRANSPORTE EN MINERIA El transporte de los materiales de explotación incluye el movimiento del material desde el banco hasta la planta o hasta el almacenamiento y en ambas direcciones entre la planta y el almacenamiento. También comprende la entrega desde estos 3 lugares a la obra, aunque una cantidad variable del esteril puede ser transportada desde la explotación en los camiones hasta los botaderos o escombreras, las principales unidades de transporte para su uso en las explotaciones son los camiones, incluyendo remolques completos o semiremolques y bandas transportadoras. 6.7.1. CLASIFICACION DE LOS EQUIPOS DE TRANSPORTE

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En minería son tantas las combinaciones posibles de equipos y tan variados los métodos a emplear que mediante una buena administración se debe lograr un mayor rendimiento a un menor costo para hacerla más racional. Los equipos deben estar trabajando todos al mismo tiempo y se debe evitar al máximo el tiempo cesante (tiempo perdido de la máquina parada, aunque se encuentre en buenas condiciones de funcionamiento), respetando eso sí los turnos y ciclos de trabajo, los tiempos de mantenimiento y rotación del personal Para la selección de un equipo de transporte minero es muy importante tener en cuenta las siguientes consideraciones:          

El equipo puede ser usado en una variedad de aplicaciones El grado de compatibilidad del equipo a adquirir con el existente (equipo de cargue y equipo de transporte). Analizar posibles restricciones en cuanto al espacio. Analizar el efecto del grado de pendiente en las vías tanto favorables como adversas. Tamaño y forma del yacimiento Naturaleza y características del mineral y estéril a remover. Carácter e importancia de las estructuras geológicas. Factores ambientales que puedan afectar el desempeño del equipo Vida útil del yacimiento y volumen de producción anual esperada. Cálculo sobre la capacidad de transporte y distancias de acarreo

6.7.2. SISTEMA CONTINUO Las bandas transportadoras se destinan principalmente para el trabajo dentro dela explotación, pueden considerarse tanto de transporte de la trituradora hasta la planta misma. Mueven y elevan el material con mínimo esfuerzo, pero usualmente son difíciles de colocar y de cambiar de lugar. Pueden utilizarse en lugar de camiones para la entrega de un volumen considerable de material a un solo punto distante muchas millas en adelante. Para el transporte de material se puede emplear un sistema continuo de bandas en la cual se adicionan o descargan unas con otras la banda descargará en el extremo receptor de la banda anterior. Tales instalaciones pueden ser bastante largas y se justifican donde quiera que vaya a manejarse un volumen considerable. Estas bandas pueden descargar a una tolva de almacenamiento o directamente a los vehículos de transporte. 6.7.2.1. GENERALIDADES DE LA BANDA TRANSPORTADORA Las bandas o cintas transportadoras pertenecen al sistema de transporte continuo, debido al flujo de material a altas velocidades. Cuando este sistema es utilizado para llevar materiales a distancias considerables (varios kilómetros), no sería práctico hacerlo en una sola unidad, tendría que hacerse en varios escalones diferentes ya que existe un máximo de longitud de la banda. Cada escalón constituye una unidad transportadora completa que descarga a la parte posterior de la otra etapa. Este sistema puede operar en cualquier terreno, siempre y cuando las pendientes no excedan de las pendientes permisibles para las cuales el material particular pueda ser transportado, se ha estimado que la pendiente máxima de trabajo óptimo para una banda transportadora esta es de 18°. Las bandas transportadoras son de bastante uso en minería a cielo abierto y bajo tierra, se utilizan también en plantas concentradoras y de fundición, es un sistema económico para el transporte del mineral en diferentes frentes de producción Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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6.7.2.2. PARTES PRINCIPALES Las partes constituyentes de una banda transportadora son: una cinta fabricada en fibras de lona en diferentes espesores y anchos, según el tipo de materia a transportar, rodillos metálicos sobre los cuales se desplaza la banda, unan o dos cabezas motrices, tambor de impulsión, tambor de retorno o de reenvío, reductor de velocidad, estructura de acero 6.7.2.3. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCIÓN   

CAPACIDAD: es decir las toneladas de material que necesita transportar por hora, la capacidad es función del ancho de la cinta, la velocidad y la naturaleza del material que se va a transportar y no así de la distancia. ENERGIA MOTRIZ: o sea los HP (horse power) necesarios para mover la cinta y su carga TENSIÓN DE LA CINTA: Es decir la tensión motriz, relacionada al peso dela cinta, peso de la carga y la tensión producida por la subida.

En el momento de seleccionar y calcular una banda transportadora se debe tener algunos datos importantes como son:       

características de la carga, peso del material en kilogramos por metro cubico, tamaño máximo de los fragmentos del material, condiciones físicas del material, humedad, temperatura. relación máxima de alimentación, es decir la carga máxima exigida a la cinta en toneladas cortas por hora o toneladas métricas por hora distancia entre centros, o sea el trayecto de la cinta entre los centros del tambor de impulsión y el tambor de retorno, medido en pies o en metros. ascenso o descenso de la banda, es decir la diferencia de elevación entre los centros de los tambores de retorno y de impulsión medidos en pies o en metros y el ángulo de pendiente medido en grados. Sistema de transmisión de movimiento, tipo y ubicación del sistema motriz incluyendo el arco (ángulo) entre el tambor de impulsión y la cinta, además se debe determinar si el tambor es ranurado o liso. sistema de control de tensión: ubicación del sistema de templado y si es automático o manual de tipo de tornillo. sistema de carga y descarga: es el método de relación de carga y descarga de la cinta incluyendo él numero de puntos de cargue.

6.7.3. CAPACIDAD DE TRANSPORTE 𝑄 = 3600 ∗ 𝑉 ∗ 𝐴 ∗ 𝛾 ∗ 𝑘 Donde: Q = Capacidad de transporte, (t/h) V = Velocidad, (m/s) A = Sección transversal del material (m2) γ = Peso específico del material, (t/m3) k = Coeficiente de reducción de capacidad de la banda debida a la inclinación Tabla 6.x. Coeficiente de reducción de capacidad de la banda debida a la inclinación Inclinación ° K

2° 1.0

4° 0.99

6° 0.98

8° 0.97

10° 0.95

12° 0.93

14° 0.91

16° 0.89

18° 0.85

20° 0.81

La sección transversal del material sobre la cinta depende de: Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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

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Anchura útil (b) de la cinta que es en si misma función de la anchura real B: 𝑏 = 0.9 ∗ 𝐵 − 0.05

𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐵 ≤ 2 𝑚

𝑏 = 𝐵 − 0.2

𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐵 > 2 𝑚

 

El número, disposición y dimensiones de los rodillos La forma del talud dinámico del material sobre la cinta limitado por una curva de forma parabólica y caracterizada por el ángulo de talud dinámico θ.



Materiales de tamaño uniforme (cereales, gránulos o piedras trituradas) no infliyen en el ancho de la banda Materiales no clasificados (materiales obtenidos de cantera o mina) influyen en el ancho de la banda:



  

Tamaño máximo del material. Porcentaje de finos y gruesos.

Puede ocurrir que para capacidades pequeñas el ancho de banda sea grande ⇒ antieconomico Angulo de talud dinámico e ≤ 20° 20° ≤ e ≤ 30°

 

10% gruesos, 90% finos 3 6

100% gruesos 5 10

La velocidad de la cinta tiene que ser lo mayor posible debido a que los anchos derán más pequeños La velocidad depende de las propiedades del material:    

Fluidez. Riesgo de producción de polvo Abrasividad. Riesgo de producción de cortes en la banda Friabilidad. Riesgo de fraccionamiento del material Tamaño. Tamaños grandes y pesados producen un gran impacto sobre la banda, debilitando el tejido de la misma. Material

Granos y otros materiales que fluyen bien y no son abrasivos

Carbón, arcilla compactada, minerales blandos y tierras, piedras trituradas de pequeño tamaño Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

B (mm) 500 650 y 800 1000 y 1200 1400 y 2400 500 650 a 1000 1000 a 1200

V (m/s) 2.62 3.35 4.19 5.24 2.09 3.35 4.19 Página 33

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Matwrialesd no abrasivos Materiales con aristas vivas, duros y pesados, piedras trituradas de pequeño tamaño Arena de fundición preparada o apelmazada Bandas extractoras, planas o en artesa, con materiales finos no abrasivos o medianamente abrasivos



1400 a 2400 Cualquier ancho 500 650 y 800 1000 y 2400 Cualqier ancho Cualquier ancho

5.24 1.05 – 1.68 1.68 2.09 3.35 1.31 a 2.09 0.3 a 0.6

Velocidades normalizadas en m/s (DIN 22101) 0.66

0.84

1.05

1.31

1.68

2.09

2.62

3.35

4.19

5.24

𝑄 = 𝐶 ∗ (0.9 ∗ 𝐵 − 0.05)2 ∗ 𝑉 ∗ 𝛾 ∗ 𝑘 Donde: Q = Flujo de material transpotado (t/h) C = Coeficiente geométrico (depende de la sección de la banda) B = Ancho de la banda (m) V = Velocidad de la banda (m/s) γ = Densidad del material (t/m3) k = Coeficiente de reducción de capacidad de la banda debida a la inclinación Ejemplo 6.x.: Caliza, γ = 1.4 t/m3 Granulometria:  10% de gruesos, tamaño máximo de grano: 250 mm  Ángulo de talud dinámico o sobrecarga: 15°  No abrasivo, friable pero no reduce su precio, por ser necesaria una trituración posterior Geometría de la cinta: L = 805 mm Desnivel = 150 mm Inclinación = 10.73° Ángulo de tema, λ = 35° Capacidad a transportar = 1,500 t/h Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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Calcular: a) La velocidad de la cinta b) Ancho de la cinta

Tamaño máximo de grano 250 mm: 𝐵 = 3 ∗ 𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 = 3 ∗ 250 𝑚𝑚 = 750 𝑚𝑚 ≈ 𝟖𝟎𝟎 𝒎𝒎

𝑄 = 3600 ∗ 𝑉 ∗ 𝐴 ∗ 𝛾 ∗ 𝑘 𝑄𝑣 =

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𝑄 = 3600 ∗ 𝑉 ∗ 𝐴 ∗ 𝑘 𝛾

[𝑡⁄ℎ] [𝑚3 ⁄ℎ]

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Como: Av1 = Av2: 𝑄𝑣2 =

𝑄𝑉1 258 ∗ 𝑉2 ∗ 𝑘2 = ∗ 3.35 ∗ 0.95 = 821 𝑚3 ⁄ℎ 𝑉1 ∗ 𝑘1 1∗1 𝑄2 = 𝛾 ∗ 𝑄𝑉2 = 1150 𝑡⁄ℎ


1, la eficiencia de la carga es del 100% y la del transporte, por lo tanto, será menor.

Fig. 6.56. Variación de la eficiencia de un sistema de carguio y transporte en funcion del factor de acoplamiento

Eficiencia de Volquete-Pala cargadora: Sí 𝐹𝐴 = 1

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⇒

𝜂𝑉𝑜𝑙𝑞. = 100 ;

𝜂𝑃𝑎𝑙𝑎 = 100

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𝐹𝐴 < 1 ⇒ 𝜂𝑉𝑜𝑙𝑞. = 100 ;

𝜂𝑃𝑎𝑙𝑎 = 𝐹𝐴 ∗ 100

𝐹𝐴 > 1 ⇒ 𝜂𝑉𝑜𝑙𝑞. = (2 − 𝐹𝐴) ∗ 100 ; 𝜂𝑃𝑎𝑙𝑎 = 100 Dónde: ηVolq. = Eficiencia de transporte (Volquete) % ηPala = Eficiencia de carga (palas) % Ejemplo 6.8: Se trata de cargar mena bien volada con una densidad 1,7 t/m3 sueltos, y se dispone de 3 palas de ruedas con cucharón de 10.3 m3 de capacidad y 15 volquetes de tolva de 51,3 m3. Con este material, la pala consigue ciclos de 0,7 min, con un factor de llenado del 90%, mientras que el volquete tarda en su recorrido y descarga 12 min. La carga de cada cucharón de la pala es: 𝐶𝑝𝑎𝑙𝑎 = 10.3 𝑚3 ∗ 0.9 = 9.27 𝑚3 𝐶𝑝𝑎𝑙𝑎 = 9.27 𝑚3 ∗ 1.7 𝑡⁄𝑚3 = 15.76 𝑡 𝐸𝑛𝑡𝑜𝑛𝑐𝑒𝑠, 𝑒𝑙 𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 𝑠𝑒 𝑙𝑙𝑒𝑛𝑎 𝑐𝑜𝑛 =

51.3 𝑚3 = 5.5 𝑐𝑎𝑧𝑜𝑠 9.27 𝑚3

𝑦 𝑐𝑜𝑛 𝑒𝑠𝑜𝑠 5 𝑐𝑎𝑧𝑜𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑠 = 5 ∗ 9.27 𝑚3 = 46.35 𝑚3 Por lo tanto, se toma este valor como carga media del volquete. Los datos de partida son, entonces, los siguientes: Número de palas Número de volquetes Ciclo de la pala Número de cazos Ciclo del volquete (12 + (0,7 x 5))

n = 3. N = 15. t = 0,7 min. p = 5. T = 15,5 min.

Para este caso concreto se tiene un Factor de Acoplamiento igual a: 𝑁 ∗ 𝑝 ∗ 𝑡 15 𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒𝑠 ∗ 5 𝑐𝑎𝑧𝑜𝑠 ∗ 0.7 𝑚𝑖𝑛 52.5 = = = 1.13 𝑛∗𝑇 3 𝑝𝑎𝑙𝑎𝑠 ∗ 15.5 𝑚𝑖𝑛 46.5 Lo que significa que para esta situación hay exceso de equipos de transporte. Si se quiere saber el número máximo de volquetes que debe usarse, basta con hacer FA = 1. 𝐹𝐴 =

Entonces: 𝑁=

𝑛 ∗ 𝑇 3 ∗ 15.5 = = 13.3 𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒𝑠 𝑝∗𝑡 5 ∗ 0.7

Y el número de volquetes por pala sería: 𝑁1 =

𝑇 15.5 = = 𝟒. 𝟒𝟑 𝑣𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎𝑠 𝑝 ∗ 𝑡 5 ∗ 0.7

Obsérvese que para la determinación del equipo no ha sido preciso saber las producciones de la pala y los volquetes, aunque su cálculo sea muy sencillo.

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Ahora bien, para el valor óptimo del FACTOR DE ACOPLAMIENTO se ha obtenido un valor de N = 13,3 volquetes; es evidente que habrá que optar entre 13 y 14. Para ello, ahora es necesario considerar las producciones de carga y transporte, si se quiere conseguir la máxima producción o el mínimo coste. La producción de carga de una unidad sería: 60 60 ∗𝐶∗𝐹 = ∗ 10.3 ∗ 0.9 = 795 𝑚3 ⁄ℎ = 1,350 𝑡⁄ℎ 𝑡 0.7 Y la del equipo completo de carga: 𝑃𝑟𝑜𝑑. 𝑃𝑎𝑙𝑎 =

𝑃𝑐 = 3 ∗ 𝑃𝑟𝑜𝑑. 𝑃𝑎𝑙𝑎 = 3 ∗ 1,350 𝑡⁄ℎ = 4,050 𝑡⁄ℎ Por otro lado, la producción en transporte es: 𝑃𝑟𝑜𝑑. 𝑉𝑜𝑙𝑞𝑢𝑒𝑡𝑒 =

60 60 ∗𝑝∗𝐶∗𝐹 = ∗ 5 ∗ 10.3 ∗ 0.9 = 179.5 𝑚3 ⁄ℎ = 305 𝑡⁄ℎ 𝑇 15.5

Si se suponen unos costos horarios de 24.000 UM para la pala y de 18.000 UM para el volquete, se puede confeccionar la tabla 6.10, en la que se refleja cómo van variando las producciones, el Factor de Acoplamiento y los costes según se van incorporando sucesivas unidades de transporte. Tabla 6.10. Relación de factor de acoplamiento y costes para ejemplo planteado Equipo 3 palas 3 palas 3 palas 3 palas 3 palas 3 palas 3 palas 3 palas

y 10 volquetes y 11 volquetes y 12 volquetes y 13 volquetes y 14 volquetes y 15 volquetes y 16 volquetes y 17 volquetes

Costo horario Total (UM/h) 232,000 248,000 264,000 280,000 296,000 312,000 328,000 344,000

Producción (t/h) 3,050 3,355 3,660 3,965 4,050 4,050 4,050 4,050

Factor de acoplamiento 0.75 0.73 0.90 0.97 1.05 1.13 1.20 1.28

Coste unitario (UM/t) 76.06 73.92 72.13 70.61 73.08 77.04 80.99 85.43

Representando gráficamente los valores se obtiene la Fig. 6.57. Como se ve, la producción del equipo de carga es sólo función del número de cargadoras, mientras que la producción del equipo de transporte crece linealmente con el número de volquetes. Los puntos de intersección con las líneas horizontales permiten determinar el número de unidades de transporte ideal para los casos de una, dos o tres palas. Fig. 6.57. Gráfico de producciones.

La máxima producción del conjunto la marca el equipo de carga, por lo que, por encima y a la derecha del punto "A", la pala está saturada y los volquetes no esperan, mientras que, por debajo y a la izquierda, es la pala la que tiene tiempos muertos. Como se ha visto, el número ideal de volquetes era 13,34; es obvio que hay que elegir 13 ó 14. La decisión se tomará según el objetivo que se pretenda conseguir: la máxima producción o el mínimo costo. Docente: Ing. Osvaldo Yugar Espinoza

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BIBLIOGRAFIA Fundamentos de Minería a Cielo Abierto; Programa desescolarizado, Técnico Profesional en Minas a Cielo Abierto, SENA (Servicio Nacional de Aprendizaje) Regional Boyacá-Colombia 2003.

Sociedad Nacional de Minería Petróleo y Energía. Informe quinquenal, de Tajo Abierto y Socavón Nro. 51 de la SNMPE. Lima Perú. Octubre 2011. Centro Nacional Minero: Infraestructura en Minería a Cielo Abierto, “SENA” (Servicio Nacional de Aprendizaje) Regional Boyacá-Colombia 2002.

Observación: El texto contiene una gran variedad de fotografías relativas al tema principal y que fueron obtenidas de diferentes fuentes: Revistas de Minería (nacionales e internacionales), empresas en Internet y colaboraciones de estudiantes de Ingeniería de Minas de la Universidad de La Serena. Se deja constancia que su utilización en este trabajo sólo persigue fines didácticos.

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