Maquinaría Minera Subterránea M.Sc. Ing. Esteban Marín Paucara RASTRILLOS O SCRAPERS Por: Ing. Esteban Marín Paucara L
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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