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CARRERA PROFESIONAL DE “INGENIERIA DE MINAS” UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA. CURSO DE SERVICIOS AUXILIARES MINEROS.

INTEGRANTES: ANTONHY LLANOS QUISPE. HELBER LAQUISE FLORES. JAIME TURPO PHUNO.

MOQUEGUA – PERU.

2013

INTRODUCCION En la minería de vetas angostas, especialmente en la aurífera, se recurre a funiculares como medio o parte del transporte para extraer la mena . Es un medio en el que hay ahorro de energía, debido a que parte del peso es absorbido por la línea riel, las gradientes pueden llegar al 100% y de longitud existen instalaciones de 805 m normalmente operan con un solo carro metalero, excepcionalmente con dos. Fig. 01. Galería con veta corta.

HISTORIA Este medio de transporte se creó alrededor del Siglo XIX como una alternativa a las vías del ferrocarril, como medio de vencer grandes pendientes. El primer funicular del mundo, accionado por una máquina de vapor, fue el que unía Rue Terme con Croix Rousse y fue inaugurado en Lyon en el año 1862

FIG N° 1 Carro minero en acceso inclinado en interior mina Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-gs/carro-minero-con-mining-wagon-660646242.html

Concepto de funiculares Se denomina funicular (del latín funicŭlus, "cuerda") a un tipo especial de ferrocarril utilizado para salvar grandes pendientes. No se debe confundir con los ferrocarriles dotados de planos inclinados. Circula sobre rieles y normalmente dispone de dos cabinas enlazadas por un cable de acero sobre una vía de ferrocarril, a modo de ascensor inclinado, de tal forma que mientras un vehículo sube el otro baja, lo que permite aprovechar la energía potencial del que queda en la parte superior para subir el inferior a la vez que se frena el que está bajando.

FIG N° 1 Carro minero en acceso inclinado en interior mina Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-gs/carro-minero-conmining-wagon-660646242.html

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS FUNICULARES • Es un sistema de transporte pendular sobre rieles, sea para personal, mineral, materiales, herramientas, etc. entre niveles o estaciones que se comunican a través de estos planos. • Sea en interior mina como en superficie, se puede realizar el transporte (subida o bajada) o con plataformas o carros mineros que son accionados por un winche (cabrestante) o por giro de poleas extremas (motriz y de cola) y mediante cables de acero, calculados para las cargas totales durante el ascenso o descenso.

• Existen Planos Inclinados de una o de dos vías. En el caso de dos vías, la segunda puede servir para el transporte en sentido contrario de un contrapeso que equilibra el trabajo del winche o como segunda vía de transporte • Todo Plano Inclinado subterráneo debe contar con un tramo de galería horizontal adyacente al cabrestante, para fines de estacionamiento y manipuleo de los carros o plataformas. • Los accesos de las galerías a los inclinados, deben estar protegidos y contar con señalizaciones e iluminación para evitar accidentes debido a caídas de personas, materiales o maquinaria minera.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES PRINCIPALES DE DE LOS LOS CARACTERÍSTICAS FUNICULARES FUNICULARES • En caso de plano inclinado superficial, el sistema debe contar debajo del límite inferior con un muro de contención (barrera) para evita que los carros o vagonetas puedan trasladarse más allá del límite fijado. • De acuerdo a reglamentaciones vigentes, los titulares de actividad minera establecerán los estándares de acarreo subterráneo, así como las funciones de los operadores, autorizaciones y manuales de manejo. •

Los enganches de los carros en planos inclinados deberán tener sistemas de engrapes adecuados para evitar que puedan desprenderse durante la marcha.

• Se tomarán las precauciones de seguridad necesarias para evitar que los carros o vagonetas puedan trasladares más allá del límite fijado, colocando barreras delante de dicho límite.

• Es necesario tomar precauciones especiales para estos casos, así como para los desenganches imprevistos de los carros (vigas que se apoyan en el techo o piso y cierran la vía al ser accionadas automáticamente, chequeo permanente de los empalmes y de los cables, etc.).

FUNCIONAMIENTO Los vagones suelen compartir la misma vía salvo en el punto medio, donde se bifurca para que puedan pasar a la vez. Los vehículos carecen de motorización propia, ya que el movimiento lo imprime un motor que acciona una gran polea, que a su vez mueve el cable de tracción. No obstante, los vehículos van dotados de varios sistemas de frenado, tanto de servicio como de urgencia, este último en caso de fallo en las instalaciones (rotura o disensión del cable, etc.) o en los vehículos.

FIG N° 2 Diseño de un acceso inclinado Fuente http://www.trenak.com/putxera/funicular.htm

FIG N° 3 funcionamiento de un funicular en un plano inclinado Fuente http://www.trenak.com/putxera/funicular.htm

FUNCIONAMIENTO

COMPONENTES DE LOS FUNICULARES EN LOS ACCESOS INCLINADOS Los principales elementos de los funiculares son

Los carros metaleros

El cable tractor

La línea riel

El winche , entre otros

COMPONENTES DE LOS FUNICULARES EN LOS ACCESOS INCLINADOS

1.CARROS METALEROS Generalmente son los mismos que se utilizan en las líneas rieles horizontales. Para estimar el peso vacío de un carro se toma el 60% del peso de la carga

FIG N° 5 Carro minero Fuente: http://www.google.com.pe/earch?q=carros+metaleros

FIG N° 6 Carro minero. Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-gs/carro-minero-conmining-wagon-660646242.html

COMPONENTES DE LOS FUNICULARES EN LOS ACCESOS INCLINADOS

2. LÍNEA RIEL

Comúnmente es el mismo que se utiliza de manera horizontal, aunque hay rieles especiales para funiculares. Con gradientes hasta 33% se usan balandros o roca chancada para soportar los durmientes. En gradientes mayores al 33% se recurren al concreto o bloques de concreto como piso para los durmientes

FIG N° 7 línea riel Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Riel

PARTES DE LA LÍNEA RIEL Cabeza: Parte superior, que se utiliza como elemento de rodadura.

Patín: Base, de anchura mayor que la cabeza, cuya superficie inferior es plana para su apoyo FIG N° 8 partes de un riel fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Riel

Alma: Parte de pequeño espesor que une la cabeza con el patín.

COMPONENTES DE LOS FUNICULARES EN LOS ACCESOS INCLINADOS

3.CABLE TRACTOR DE ACERO Son estructuras constituidas de alambres de acero al carbono estirados en frío, trenzados en hélice (comúnmente llamada espiral) formando las unidades que se denominan torones (o cordones). El número de estos torones en el cable va de 3 a más, alrededor de un alma o sin él. El número y la disposición de los alambres en el torón y de éstos en el cable, dependen del uso que ha de dársele.

FIG N° 8 partes de un riel fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Riel

LAS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE UN CABLE DE ACEROS • Son del tipo de cables cilíndricos o redondos que pueden ser normales, durante la operación el cable debe de apoyarse en los polines, los cuales generalmente se coloca de cada 15m de línea riel y su resistencia de movimiento del cable se asume 5kg por polín. • La velocidad del movimiento de cables en funiculares industriales es de 2.5m/s la aceleración es de 0.5m/s2 • El factor de seguridad del cable es generalmente 8

• Los hilos utilizados son de 1.4 a 3 mm de diámetro. • Se fabrican de aceros especiales (Siemens-Martín) con resistencias a la tracción de 120 a 220 kg/cm2

• Se exige un alargamiento de estos aceros de 1.5 a 3 % antes de la ruptura. • Se exige una resistencia a la torsión de 23 a 25 vueltas, tomando una longitud de hilo igual a 100 veces su diámetro; se le sujeta por los extremos entre los cuales se mantiene una tensión de 3 kg. Se da entonces un movimiento de torsión a uno de los extremos y se cuenta el número de vueltas).

LAS PRINCIPALES DE UN LASCARACTERÍSTICAS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE UN CABLE DE ACEROS CABLE DE ACEROS • Una flexibilidad y resistencia a la fatiga y corrosión. El cable envejece con el consiguiente riesgo de rotura por la deformación impuesta a su paso por la polea o por el aparato de enrollamiento, más aún cuando no existe relación entre el diámetro del cable y la tambora y por las flexiones oblicuas, frotamientos, presión sobre el cable y tiempo de servicio. • La corrosión avanzada adelgaza y afloja los hilos exteriores, existiendo rozamiento con los hilos adyacentes y dejando de trabajar los hilos exteriores por lo que existen roturas prematuras del cable, aunque no se aprecienFIG N° 8 Rodillos transversales a la línea riel (para evitar fricción del cable con el piso) fuente roturas exteriores de los hilos fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Riel

COEFICIENTE DE SEGURIDAD Es la relación entre la resistencia de un cable a la rotura y el esfuerzo máximo que soporta. Por ejemplo, un cable de alambre con resistencia de 10000 kgs a la rotura y una carga de trabajo de 2000 kgs, se dice que se emplea con un coeficiente de seguridad de 5.

ATADURA DE LOS CABLES El cable de extracción no se sujeta directamente al carro minero pues en caso de acortarlo (por rotura de sus hilos o por alargamiento), sería necesario soltar la sujeción Normalmente se sujeta el cable en un aparato de amarre (ATADURA), existiendo muchos modelos de unión de cables, siendo los más utilizados

FIG N° 9 Atadura de cables con los carros mineros Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Riel

a. UNIÓN CÓNICA O EN CASQUILLO Se coloca dentro de una especie de cubierta cónica de acero el extremo del cable destrenzado, abriendo en forma de cono los alambres o doblándolos en parte. Se llena una aleación fundida a base de plomo o de estaño, que cubre los vacíos entre hilos y forma un conjunto sólido que no puede desprenderse

b. Unión con Guardacabos Collares de Presión:

o

El cable se arrolla alrededor de un collar en forma de corazón (Guardacabo) y el extremo es sujetado con grapas y tornillos al ramal principal. Gracias al frotamiento del cable sobre la vaina no existe deslizamiento. Este tipo de amarre permite una buena vigilancia, ya que se reconoce fácilmente las roturas de hilos que aparezcan junto a las grapas. Su mayor desventaja es la gran longitud de cable empleado y la disminución de la presión de las grapas cuando el cable se alarga o adelgaza

COMPONENTES DE LOS FUNICULARES EN LOS ACCESOS INCLINADOS

4. WINCHE Es el aparato que actúa sobre el cable y tiene como elementos la tambora y el motor. La tambora debe alojar como máximo tres capas de cables y el canal que aloja el cable debe ser 5% más ancho que este. Diámetro debe cumplir las siguientes condiciones

Dónde: D= diámetro de la tambora d= diámetro del cable a= diámetro del alambre

WINCHE

FIG 10 : winche Fuente: http://www.google.com.pe/earch?q=winches+mineros

DISEÑO DE UN PLANO INCLINADO (FUNICULAR)

DISEÑO DE UN PLANO INCLINADO (FUNICULAR) En la mina Raura se desea diseñar un plano inclinado en el nivel 4460 con una pendiente de -80% además se cuenta con los siguentes DATOS

CANT.

UNIDAD.

Rendimeinto del motor:

80

%

Long de la tambora a cota superior=

10

m

Cota superior.

4460

msnm.

Cota Inferior.

4380

msnm.

Gradiente:

80

%

SG. Roca Fragmentada.

2.7

Tn/m3

t. Operativo Horario.

50

mts.

t. de Carguio o maniobra del carro.

60

seg.

t. de vaciado del carro.

60

seg.

Velocidad del cable.

2.5

m/seg

Aceleracion del cable.

0.2

m/seg2

Factor de llenado del carro.

90

%

Coef. Friccion Rueda y Riel.

0.005

Peso del cable/m lineal.

2.23

Num de alambres.

72

Diametro supuesto.

26

factor de seguridad del cable.

8

kg/m.

mm.

1) CALCULO DE LA CAPACIDAD DEL CARRO METALERO

2430 kg

1458 kg

3888 kg

2) CALCULO DEL CICLO DE UN CARRO. 2) Calculo del ciclo de un carro. SUBIDA: Tiempo de aceleración= (2.5 m/seg)/(0.2m/seg2).

12.5 seg.

15.63 m 12.5 seg 𝐸𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑐𝑒𝑙𝑒𝑟𝑞𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛= 0.2m/s²*(12.5s)/2.

𝑡 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜= ( 63.72 seg + 63.72 seg + 60 seg + 60 seg.)

3) VIAJES POR HORA.

𝑛𝑢𝑚 𝑑𝑒 𝑣𝑖𝑎𝑗𝑒𝑠= (50 mts*60/247.45 seg)

12.124 viajes.

4) TONELEJE HORARIO..

𝑡𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑗𝑒 𝑜𝑟𝑎𝑟𝑖𝑜= 12.124 viajes *2430 kg/1000.

29.46 tn.

5) CÁLCULO DEL DIÁMETRO DEL CABLE Dónde:

FORMULAS

Sh = Fuerza necesaria para elevar la carga Sc = Fuerza de resistencia de rozamiento de los carros

𝑆=1.1(𝑆

𝑆𝑐+𝑆𝑖)

Si = Resistencia debido a la inercia de las partes móviles al momento de partir o parar (frenar) Wt= Peso unitario del cable tractor kg por metro

h= Diferencia de alturas, m

S= tensión del cable tractor, kg Sh = Wt .h+Wl .senb Sc = Wl .u+ ∑▒k Si = (Wl + Wt .l)a/g

Wl= Peso del carro cargado en kg b= Angulo entre el plano inclinado y su proyección horizontal u= Coeficiente de fricción entre las ruedas de los carros y los rieles, varía de (0.004 a 0.005) k= Coeficiente de fricción entre el cable y la tambora propulsora y polines, se toma como valor 5kg por polín y de 200 a 400 kg por la tambora propulsora l= distancia inclinada del plano inclinado en m a= Aceleración del winche, m por segundo2 g= Aceleración de la gravedad m por segundo2 S= tensión del cable tractor, kg

Sh = Wt .h+Wl .senb = (2.23 Kg/m.)*80m+3888Kg*sen(Atan(80/100))= 2607.21kg. Sc

= Wl .u+ ∑▒k = 3888kg*0.005 + (128.06/15)*5+400 = 462.13 Kg.

Si

= (Wl + Wt .l)a/g = (3888kg +2.23 kg/m*128.06m)*(0.2/9.81)= 83.81 kg

𝑆=1.1(𝑆 𝑆=1.1(𝑆

𝑆𝑐+𝑆𝑖) 𝑆𝑐+𝑆𝑖)

𝑆=1.1(𝑆 +𝑆𝑐+𝑆𝑖) = 1.1*(2607.21 kg.+ 462.13 Kg.+ 83.81 kg.) = 3468.47 Kg.

Sh= Sc= Si= S=

2607.21 kg 462.13 kg 83.81 kg 3468.47 kg

tension del cable tractor con factor de seguridad.

S=

27.748 ton.

6) DETERMINACÓN DEL DIAMETRO DE LA TAMBORA. D=

𝐷 𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟𝑎=80 2080 𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑏𝑙𝑒 mm. 𝐷 𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟𝑎=80 (26 mm) 𝐷 𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜𝑟𝑎=2080 mm.

3vueltas= 3 vueltas = 3*3.1416*2.133.= dist tambora al extremo superior= Dist tambora al extremo superior = long plano inclinado= Long plano inclinado= Long manibras= Long por maniobras = Long para mantenimiento= Long para mantenimiento= Total =

ANCHO DE LA TAMBORA

total=

Long cable por vuelta.= 3.1416*2.133= 6.7 m.

20.10 m 20.10 m. 10 m 10 m. 128.06 m 128.06 m. 5 m. 5 m 10 m. 10 m 173.17 m

173.17 m

ANCHO DE LA TAMBORA. Numero de vueltas. Long total/long cable por vuelta.= 173.17/6.7= 25.84 Long cable por vuelta. 6.7 m vueltas. numero vueltas. Ancho de lade tambora (DT) = 1.05*26*33= 900.9 mm. = 3 pies. 25.84 vueltas Ancho de la tambora. 900.9 mm

7) ESTIMACION DE LA FUERZA DEL MOTOR. hp=(Uv/75n)

U S ⅀mac

Peso del carro cargado: peso del cable: Peso de la tambora: Peso de Trasmision (10% tambora) Masa móvil= peso total/gravedad: total: masa movil: ⅀ma

masa movil*aceleracion de ⅀ma= 1098.273 kg * 0.2 m/seg² ⅀ma 219.65 kg.

3888 386.16 5909 590.9 10774.06 1098.27311

kg. kg. kg. kg. kg kg masa.

U S ⅀mac U= 3468.47 kg +219.65 kg.

U= hp=(Uv/75n) hp= (3688.12 kg.*2.5m/seg)/(75*80/100) hp= 153.672 hp

3688.12

GRACIAS