• Categories
• Minería
• Engranaje
• Transmisión (Mecánica)
• Corriente eléctrica
• Ingeniería

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS

PALAS ELÉCTRICAS

Ing. Elmer Ovidio Luque Luque PRESENTADO POR: -BRICEÑO CALDERON, Karen Milena -BRICEÑO MENDOZA, Olga Judith -CAYAO CORONEL, José Elden -INFANTE ALTAMIRANO, Hanshelo Neldo -VASQUEZ ZELADA, Jhenifer Jhoana 2016 22 de setiembre

I.

INTRODUCCION

En la industria minera, la extracción de los minerales se realiza con las palas electromecánicas también conocidas como palas mecánicas, donde con pocas paladas llenan un camión de gran tonelaje. Ya que estas son las excavadoras cargadoras de mayor tamaño que existen. Las más grandes con cucharones de 120 t de capacidad Por este motivo, las palas son un elemento crítico en la minería, ya que si pararan por falla, se detendría la extracción, lo que traería consigo una interrupción en la producción. Es por ello que un mantenimiento predictivo aplicado en las palas electromecánicas en la minería es la solución a los problemas de mantenimiento.

MAQUINARIA MINERA

2

II.

OBJETIVOS 

General  Indagar todo lo concerniente a palas eléctricas usadas en minería.



Específicos  Definir y reconocer las partes principales de una pala eléctrica.  Conocer el mantenimiento que requiere una pala eléctrica para su adecuado funcionamiento.  Indagar acerca del funcionamiento de las palas eléctricas.  Indicar los factores que influyen en el rendimiento de una pala eléctrica.  Realizar los cálculos del ciclo y eficiencia de una pala eléctrica, así como también el número de volquetes cargados por turno.

MAQUINARIA MINERA

3

INDICE I.

INTRODUCCION ................................................................................................................ 2

II.

OBJETIVOS ........................................................................................................................ 3

III.

PALAS MECANICAS .................................................................................................... 8

3.1

PARTES PRINCIPALES ........................................................................................... 8

3.1.1

ESTRUCTURA INFERIOR ............................................................................... 9

3.1.2

ESTRUCTURA SUPERIOR ............................................................................. 9

3.1.3

ESTRUCTURA EXTERIOR ............................................................................ 10

3.2

Maniobra de la pluma. ........................................................................................... 11

3.2.1 3.3

PRECAUCIONES PARA PALA FRONTAL ................................................ 12

SUMINISTRO DE FUERZA. ................................................................................... 14

a.

CORRIENTE DE ALTO VOLTAJE. ...................................................................... 14

b.

CORRIENTE CONTINUA. ...................................................................................... 15

c.

LA CORRIENTE ALTERNA DE BAJO VOLTAJE. ........................................... 15

3.4

EQUIPO AUXILIAR. ................................................................................................ 15

A.

CASCO DE REVESTIMIENTO Y VENTILACION PRINCIPAL. .................. 15

B.

VENTILACION INDIVIDUAL. ............................................................................. 15

C.

SISTEMA HIDRAULICO. .................................................................................... 16

D.

RODILLOS GUIA DEL CABLE DE IZAR. ....................................................... 16

E.

AIRE COMPRIMIDO ................................................................................................ 16

F.

CASETA DE COMANDO Y CONTROLES .......................................................... 16

3.4

UTILIZACIÓN DEL TIEMPO .................................................................................. 16

a)

CICLO DE PALA ...................................................................................................... 16

b)

CLASES DE TIEMPOS DE OPERACIÓN. .......................................................... 17

3.6

RENDIMIENTO DE LA PALA MECÁNICA ......................................................... 17

a.

CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL ................................................................ 18

b.

FACTORES ADMINISTRATIVOS ......................................................................... 18

c.

FACTORES OPERATIVOS.................................................................................... 19

d.

ÁNGULO DE OSCILACIÓN ................................................................................... 19

e.

TAMAÑO DE LA UNIDAD DE ACARREO .......................................................... 20

f.

FACTORES HUMANOS ......................................................................................... 20

g.

FACTORES MECÁNICOS ..................................................................................... 20

3.6.1 3.7 

METODOS PARA INCREMENTAR EL RENDIMIENTO DE LA PALA . 21

FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE PALAS NEUMÁTICAS ...................... 23 EFICIENCIA DE OPERACIÓN (Ef) ...................................................................... 23

MAQUINARIA MINERA

4



EFICIENCIA DE OPERACIÓN OPTIMIZADA (Ef ’) .......................................... 24



TIEMPO DE CARGUIO POR VOLQUETE .......................................................... 25



NUMERO DE VOLQUETES CARGADOS POR UNA PALA ........................... 25



RENDIMIENTO DE LAS PALAS MECANICAS ................................................. 26

3.8 VENTAJAS ..................................................................................................................... 31 3.9 DESVENTAJAS ............................................................................................................. 32 3.10

PALA ELECTRICA P&H 4100XPC AC-90 .......................................................... 32

3.11

MANTENIMIENTO PREDICTIVO .......................................................................... 33

IV.

CONCLUSIONES......................................................................................................... 36

V.

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 37

MAQUINARIA MINERA

5

LISTA DE FIGURAS Figura. 1: Partes principales de la pala mecánica .................................................................. 8 Figura 2: Estructura Inferior ...................................................................................................... 9 Figura. 3: Estructura de Excavación ...................................................................................... 11 Figura. 4: Efectos de los arcos de giro.................................................................................. 20 Figura. 5: Pala eléctrica P&H 4100XPC AC-90 ................................................................... 33 Figura. 6 Engranaje intermedio dañado de la maquinaria ................................................. 35

MAQUINARIA MINERA

6

LISTA DE TABLAS Tabla 1. Relación entre el ángulo de giro de la pala y el rendimiento ............................. 19 Tabla 2. Eficiencia del Equipo y Operador ........................................................................... 27 Tabla 3. Eficiencia Combinada del Equipo y Operador (E) ............................................... 27 Tabla 4. Factor de Corrección por Profundidad de Corte (D) ........................................... 28 Tabla 5. Factor de corrección por Angulo de Giro-Palas o Factor Combinado (Dxa) ... 28 Tabla 6. Factores de Llenado del Cucharon ........................................................................ 29 Tabla 7. Características Técnicas de las Palas Mecánicas ............................................... 29

MAQUINARIA MINERA

7

III.

PALAS MECANICAS

La palas mecánicas hicieron su primera aparición en el año de 1835, en forma de cucharon que oscilaba parcialmente montado sobre vías de ferrocarril. Se movía accionando por vapor, era lenta y estorbosa. Al pasar los años se fueron haciendo más fuertes, rápidas y ligeras, que han dejado rieles para desplazarse en orugas y llantas de hule Las palas mecánicas según la fabricación se tienen: las Bucyrus-Erie Company, Koehring Company, Gar Wood Industrias Inc, Athey Producty Corp, Unit Crane E Shovel Corp. Thew Shovel Company, Marion Power Shovel Company, Clatk Equipment, Construction Machinery Division, P& H, etc. En el presente capitulo hablaremos sobre la pala eléctrica P &H. 3.1

PARTES PRINCIPALES

Figura. 1: Partes principales de la pala mecánica

Las palas eléctricas P &H pueden ser divida en tres partes: 

Estructura Inferior (o estacionaria)



Estructura Superior (o giratoria)



Estructura exterior (o de excavación)

MAQUINARIA MINERA

8

3.1.1 ESTRUCTURA INFERIOR Es la base de sustentación de la pala, sus elementos principales son: a) Chasis Principal. b) Chasis lateral derecho. c) Chasis lateral izquierdo. d) Engranajes de Giro. e) Anillos colectores de Bajo Voltaje f) Eje vertical de Propulsión o traslación g) Muñón Central h) Pista y anillos de rodillos i) Oruga derecha j) Cajas laterales de engranaje de propulsión k) Oruga izquierda l) Motor y bomba hidráulica para el mecanismo de embrague de la dirección (ver Figura 1)

Figura 2: Estructura Inferior

3.1.2

ESTRUCTURA SUPERIOR

Es la parte giratorita de la pala, en la cual se entran las siguientes principales unidades: motor principal, sistema de izaje, sistema de giro, motor y caja de propulsión, generador, equipo eléctrico y equipo auxiliar. MAQUINARIA MINERA

9

En esta estructura, existe tres aspectos muy importantes del equipo incorporado: el izaje, los frenos y el contrapeso. 3.1.3

ESTRUCTURA EXTERIOR

La estructura exterior o de excavación es la unidad de trabajo de la pala. Está constituida por los siguientes elementos: la pluma o aguilón, el cucharon y los brazos del mismo, y las estructuras de sujeción de la pluma. Sobre la pluma está montado todo el equipo del sistema de empuje, así como el de sujeción de los brazos, el extremo de sujeción la pluma misma y las roldanas de punta de los cables de izar. En la siguiente Figura (Figura 2) se muestra la estructura de excavación donde se observan los siguientes elementos: 1. Pluma o aguilón. 2. Montura de los Brazos. 3. Brazos del Cucharon. 4. Cables de Izar 5. Poleas compensadoras del cable. 6. Estribo del cucharon 7. Cucharon 8. Motor y tambor de desenganche del barretón. 9. Pines de base de la pluma 10. Motor de empuje. 11. Tubo de transmisión del empuje. 12. Caja de empuje. 13. Eje de empuje y piñones. 14. Estructura de sujeción de la pluma 15. Cables de la pluma 16. Roldanas o poleas del extremo de la pluma

MAQUINARIA MINERA

10

Figura. 3: Estructura de Excavación

3.2 Maniobra de la pluma. Durante el trabajo de excavación propiamente dicho, la pluma está mantenida a un ángulo fijo; de acuerdo a los gráficos se obtiene:

MAQUINARIA MINERA

11

𝑡=

𝑃 Cos ∅ 𝑆𝑒𝑛 𝛼

Del gráfico (b): 𝛾 = ∅ + 𝜀

𝑡=

𝑃 𝐶𝑜𝑠∅ 𝑓² 2𝑓 √𝐿 + + 𝐶𝑜𝑠𝛾 𝑆𝑒𝑛 𝛾 𝐿² 𝐿

La estimación del esfuerzo en el torno es más complicado. Para ver en que sentido varía t, se puede desarrollar en serie (valor del arco) y los cosenos por los primeros términos. Obteniéndose:

𝑡 ≅ 𝑃 𝐶𝑜𝑠∅√[𝐿 +

𝑓 2 2𝑓 𝛾2 𝐿 + (𝐿 − )] 𝐿2 𝐿 2 𝛾²

𝑓 =𝐾 𝐿 𝑡 ≅ 𝑃 𝐶𝑜𝑠∅√(

𝐿+𝐾 )² − 𝐾 ∅+𝜀

Donde: t: esfuerzo que debe proporcionar el entorno, sin polipasto. P: fuerza dada. ∅: ángulo de inclinación de la pluma. 𝛼: ángulo formado por el cable de la pluma y de la pluma propiamente dicho. f: brazo. L: distancia grande. h: altura del caballete. 3.2.1 PRECAUCIONES PARA PALA FRONTAL 1. Mantenga la transmisión engranada cuando viaje bajo cuesta. No la coloque en neutral. 2. Cuando trabaje en áreas peligrosas manténgase aun más alerta. MAQUINARIA MINERA

12

3. Cuando opere la pala frontal, asegúrese que la pala trasera esta en la posición de cerrado para evitar movimientos inesperados.. 4. Si se ha quitado la pala trasera asegúrese que tiene suficiente contrapeso. Siga las recomendaciones del fabricante para el peso apropiado. 5. Utilice mayor precaución cuando este rellenando, puesto que el peso del material de relleno y del equipo puede ocasionar un derrumbe en áreas recién construidas. 6. Nunca corte una pendiente en la parte de abajo. 7. Cuando trabaje en la base de un acantilado o pendiente, esté alerta sobre derrumbes de rocas, árboles u otros obstáculos. 8. Utilice mayor precaución cuando trabaje en orillas de acantilados, pendientes y mantenga una distancia segura entre el equipo y la orilla. 9. Observe

las

ramas

bajas

y

árboles

muertos

estos

pueden

ocasionar problemas. 10. Antes de entrar en túneles, puertas, o áreas bajas, observe los peligros potenciales de obstrucción y por supuesto la altura. 11. Evita acantilados muy angulados y superficies inestables. Si maneja en un acantilado lleve la carga cerca del piso y con mucho cuidado. No maneje en a lo ancho del acantilado bajo ninguna circunstancia. Únicamente maneje hacia arriba y hacia abajo. 12. Evite dar vuelta en acantilados si es posible. Si es necesario dar vuelta deberá hacerlo con mucho cuidado y con vueltas abiertas y muy despacio. 13. Cuando maneje objetos hágalo con cuidado. Levantar demasiado la carga o girar la pala puede ocasionar que la carga caiga sobre el operador. 14. Mantenga el área de trabajo tan nivelada como sea posible. Evite crear canales con las llantas. 15. Utilice la pala ocasionalmente para nivelar la superficie. 3.2.2 SEGURIDAD DE PALA TRASERA 1. Asegúrese que el área esta libre antes de empezar a trabajar. 2. Antes de iniciar operaciones; coloque el freno de emergencia, baje la pala fontral hasta el piso. Coloque la transmisión en neutral, baje los estabilizadores y nivel el vehículo lo más posible. MAQUINARIA MINERA

13

3. Nunca entre o permita que otros entren en la circunferencia de trabajo de la pala. 4. Nunca opere los controles de la pala trasera desde el piso o fuera de la cabina. 5. No escarbe debajo del vehículo o los estabilizadores. Puede ocasionar un derrumbe ocasionando la caída del vehículo en la excavación. 6. Asegúrese que el vehículo no puede rodar en la excavación cuando eleve los estabilizadores. 7. Asegúrese que el chofer del camión esta fuera de la cabina antes de cargar el camión. Nunca mueva la pala sobre la cabina del camión. 8. Cuando opere el vehículo en acantilados, gire la pala hacia el lado elevado si es posible. Si es necesario cargar hacia el lado bajo del acantilado, únicamente mueva la pala lo suficiente para descargar. Utilice mayor precaución y coloque los estabilizadores antes de iniciar la excavación. 9. Mantenga una distancia apropiada entre la trinchera y el vehículo para evitar derrumbes. 3.3 SUMINISTRO DE FUERZA. La pala utiliza tres tipos de corriente:  Alterna de alto voltaje (hasta de 4 160 V)  Continua de voltaje variable.  Alterna de bajo voltaje (440 v)

a.

CORRIENTE DE ALTO VOLTAJE.

Es utilizada para el:  Motor principal de 550 HP, que impulsa el generador de corriente continua, se conoce como motor de izar.  Motor de arranque de 75 HP, el objetivo es poner en velocidad de funcionamiento todos los elementos giratorios del generador, motor principal y magnetorque.  Los transformadores; para generar la corriente de bajo voltaje para los diferentes motores del equipo auxiliar. MAQUINARIA MINERA

14

b.

CORRIENTE CONTINUA.

Se utiliza para:  Energizar el embrague magnetorque.  Impulsar el motor de empuje de 60 HP.  Impulsar los motores de giro de 50 HP cada uno.  Impulsar el motor de propulsión o traslación de 100 HP.  Activar el motor de desenganche del barretón.

c.

LA CORRIENTE ALTERNA DE BAJO VOLTAJE.

Se utiliza para todo el equipo auxiliar respectivo. 3.4

EQUIPO AUXILIAR.

De acuerdo a las funciones para el que están destinados se agrupan en: A.

CASCO DE REVESTIMIENTO Y VENTILACION PRINCIPAL.

También conocido como la cabina de la pala; su función es proteger externamente al equipo que resguarda y provee un espacio herméticamente cerrado para evitar la entrada de polvo y de partículas extrañas en los conjuntos eléctricos. Se disponen de dos ventiladores instaladas en la parte superior trasera que suministran aire para mantener una presión de 3/8 pulg. de agua. B.

VENTILACION INDIVIDUAL.

Se tiene varios ventiladores instalados, conjuntamente con el equipo que enfrían y que son:  Ventilador del magnetorque.  Ventilador de los motores de giro.  Ventilador de los circuitos de la caja de controles.  Cuando la pala debe ser trasladada por un tiempo mayor, también el motor de propulsión requiere de un ventilador.

MAQUINARIA MINERA

15

C.

SISTEMA HIDRAULICO.

Existen dos aplicaciones hidráulicas par lo cual se han instalado motores y bombas en cada sitio:  En la caja de la cadena de transmisión del generador.  En la estructura inferior. D. RODILLOS GUIA DEL CABLE DE IZAR. El cable de izar, debe ser guiado no solo para su protección, sino también para la protección de las partes afectadas; hay rodillos guías en los bordes de la apertura en la cabina donde sale el cable de izar y encima de la caja de empuje. E.

AIRE COMPRIMIDO

Se requiere para la lubricación y engrase, y accionamiento de la wincha auxiliar para jalar el cable de izar durante un cambio de cables. F.

CASETA DE COMANDO Y CONTROLES

Está ubicada en la parte delantera derecha, contiene dos consolas y una caja de control en el piso para la operación de la pala. 3.4 UTILIZACIÓN DEL TIEMPO a) CICLO DE PALA Son los sucesivos movimientos de izaje, empuje, giro para descarga, descarga, giro de retorno y descenso del cucharon, cada ciclo representa una carga de cucharon que se deposita en los volquetes o vagones. Los factores que afectan la duración de un ciclo son:  El tipo de material del disparo y su fracturamiento.  El ángulo de giro (15° de giro es igual aproximadamente a 1 seg de tiempo)  Las características personales del operador de la pala.  El ancho del nivel con relación a campo disponible para los alcances de la pala.

MAQUINARIA MINERA

16

b) o

CLASES DE TIEMPOS DE OPERACIÓN. Tiempo productivo.

Es el tiempo en que la actividad es netamente productivo, es el tiempo en que la pala se encuentra realizando una de las operaciones básicas del ciclo de producción (carga, acarreo, descarga, giro de regreso). o

Tiempos improductivos.

Es el tiempo en que la actividad es improductivo, sin embargo a pala se encuentra trabajando ya sea, acumulando el material, limpiando pisos, desquinchando el talud, u otras operaciones. o

Tiempos ociosos.

Es el tiempo en que la pala no realiza ningún trabajo ya sea a la ociosidad o demoras que se producen, existen dos tiempos de ociosidad o demoras: o

Ociosidad Obligada

Es cuando las operaciones están inactivos por razones ajenas a su voluntad, ya sea debido a desperfectos y espera de volquetes, etc. o

Ociosidad Verdadera

Es cuando el operador permanece inactivo por su propia voluntad, no existiendo causa para que esté inactivo. 3.6

RENDIMIENTO DE LA PALA MECÁNICA

Es la cantidad de material que una pala carga a un volquete o vagón de tren, en la unidad de tiempo. Puede ser expresado en TN/hr, yd3/hr, m3/hr, etc. El rendimiento de una pala mecánica está afectado por los siguientes factores: a. Características del material. b. Administrativos. c. Operativos. d. Ángulo de oscilación. e. Tamaño de las unidades de acarreo.

MAQUINARIA MINERA

17

f. Humanos. g. Mecánicos. a.

CARACTERÍSTICAS DEL MATERIAL

Se debe tener presente la clase de material a cargar, la eficiencia de voladura o grado de fragmentación y abundamiento del material. 

Clase de Material a Cargar

Influye bastante en el rendimiento de las palas ya que existen rocas que son fáciles, regulares, difíciles y muy difíciles de cargar.  Fáciles; cuando la roca es suave y desatada, bien desmenuzada que llena todo el cucharón.  Regulares; cuando la roca es poco dura, regularmente desmenuzable con ciertos bloques y existe ciertos vacíos en el cucharon.  Difíciles; cuando la roca dura que requieren de disparo secundario y tienen bastantes bloques.  Muy Difíciles; son rocas muy duras, difíciles de cargar que en su mayoría requieren de disparos secundarios. 

Eficiencia de Voladura o Grado de Fragmentación

Cuando se tiene buena fragmentación por la voladura se tiene una fácil carga del material. 

Abundancia del Material

Cuando hay abundante material para el trabajo se obtendrá mayor rendimiento que cuando no existe material para cargar, debiéndose hacer el desquinche o limpieza del piso. b.

FACTORES ADMINISTRATIVOS

Este factor trata sobre la organización y control de las máquinas y el personal que opera, tratando que exista una coordinación entre estos; como factores administrativos se tiene: a. La disponibilidad y distribución del equipo y personal. b. Supervisión. MAQUINARIA MINERA

18

c. Condiciones de Trabajo. d. Demoras adicionales.

c.

FACTORES OPERATIVOS

Son factores que están relacionados con las operaciones que realiza la pala mecánica, ya que en ciertos momentos antes de cargar el volquete tiene que realizar operaciones que son: a. Preparación y acomodo del material. b. Movimiento de bolones (bancos o trozos de roca) y/o recolección de rocas. c. Desquinche del talud. d. Cambio de posición de la pala. e. Limpieza del piso por el tractor. f. Relleno o corte del piso. d.

ÁNGULO DE OSCILACIÓN

El tiempo empleado en el giro representa la mayor parte del tiempo del ciclo de excavación de la totalidad del ciclo. El ángulo de giro debe conservarse al mínimo para ganar el máximo de eficiencia de operación. El ángulo de giro con respecto al camión y el punto de referencia debe ser menor de 90° preferentemente entre 45° y 75°, donde se permite hacer más ciclos en menor tiempo, aumentar la producción y disminuir los riesgos de accidentes. En la Tabla 1 y la Figura 4, se aprecia la relación entre el ángulo de giro de la pala y el porcentaje aproximado del rendimiento máximo. Tabla 1. Relación entre el ángulo de giro de la pala y el rendimiento Ángulo Giro (°)

MAQUINARIA MINERA

de Rendimiento Máximo (%)

45

126

60

116

75

107 19

90

100

120

88

150

77

180

70

Figura. 4: Efectos de los arcos de giro

e.

TAMAÑO DE LA UNIDAD DE ACARREO

El tamaño de las unidades de acarreo (capacidad) debe de estar en relación con la capacidad de la pala mecánica, y debe efectuarse un balanceo correcto de las unidades de acarreo con el tamaño de las excavadoras. f.

FACTORES HUMANOS

Se considera la habilidad del palero, y el estado del ánimo del mismo. g.

FACTORES MECÁNICOS

Al efectuarse los trabajos de carguío a veces ocurren fallas mecánicas y/o eléctricas que originan demoras en el trabajo de las palas, demoras que van desde los 10min hasta los 420 min o más. Los tiempos muertos ocasionados por estos factores son también llamados “tiempos muertos extraordinarios” salvo las de engrase y mantenimiento rutinario. MAQUINARIA MINERA

20

Entre las principales operaciones y desperfectos mecánicos – eléctricos tenemos: Operaciones y desperfectos mecánicos o Engrase. o Salida del cable de izaje de la polea. o Frenos de empuje. o Arreglo de dientes de la cuchara (cambio). o Arreglo de pedales de giro derecho e izquierdo, etc. Operaciones y desperfectos eléctricos o Pala sin corriente eléctrica. o Fallas en los cables eléctricos. o Arreglo de ventiladores. o Arranque. o Motores eléctricos. o Inyectores, etc. 3.6.1 METODOS PARA INCREMENTAR EL RENDIMIENTO DE LA PALA El método más común es el correctivo, este supone cambiar las condiciones de trabajo para obtener una mayor eficiencia. Esto se puede lograr sobre la base de cambios en los depósitos de material, en el operador, dándole un tratamiento previo al material o bien, en casos extremos, cambiando la maquina por una de capacidad más adecuada para el trabajo.

MAQUINARIA MINERA

21

3.6.2. FACTOR DE PRODUCCION EFICIENTE

Como todos saben, no existen dos obras iguales, por lo que hay que considerar factores que podrían afectar el rendimiento de la maquina como los siguientes: 

Mantenimiento del equipo



Disponibilidad de refacciones



Condiciones del terreno



Localización de área de descarga



Competencia de administradores

Cada persona debe crear su propio factor de eficiencia para obtener la capacidad real de la máquina. Este se debe de basar en la experiencia y en las condiciones de cada obra. MAQUINARIA MINERA

22

3.7

FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE PALAS NEUMÁTICAS  EFICIENCIA DE OPERACIÓN (Ef) 𝐸𝑓 =

𝑇𝑁𝑂 ∗ 100% 𝑇𝑇𝐶

𝑇𝑁𝑂 = 𝑇𝑂𝐴 − 𝑇𝑀𝐸 𝑇𝑇𝐶 = 𝑇𝑁𝑂 + 𝑇𝑚 𝑇𝑚 = 𝑇𝑖 + 𝑇𝑜 𝑇𝑜 = 𝑇𝑒𝑣 + 𝑇𝑜𝑥 𝑇𝑖 = 𝑇𝑎𝑚 + 𝑇𝑑𝑞 + 𝑇𝑐𝑝 + 𝑇𝑙𝑡 + 𝑇𝑖𝑥 Donde: TNO: Tiempo neto de operación productiva TTC: tiempo total cronometrado TOA: tiempo de operación asignada (en algunas minas se considera 420 por turno) Tm:

tiempo muerto en general

TME: tiempo muerto extraordinario Ti:

tiempo improductivo

To:

tiempo ocioso

Tam: tiempo de operación y acomodo de material más el tiempo que se pierde en el movimiento y recolección de bolones Tdq: tiempo ocupado en realizar el desquinche del talud. Tcp: tiempo ocupado al cambiar de posición la pala. Tlt:

tiempo que se demora al esperar que el tractor limpie el piso.

Tix:

tiempos perdidos en otros factores improductivo.

MAQUINARIA MINERA

23

Tev: tiempo ocioso involuntario del palero, que se produce al esperar que venga el siguiente volquete. Tox: otros tiempos ociosos.

Remplazando valores: Ef =

𝑇𝑁𝑂 TNO + Tam + Tdq + Tcp + Tlt + Tix + Tev + Tox

TNO = ∑Tci = ∑Tcu + ∑Tgd + ∑Td + ∑Tgrb Ef =

∑𝑇𝑐𝑖 𝑥 100% ∑Tci + Tm

Donde: ∑Tcu: sumatoria de los tiempos de cuchareo o carga del cucharon. ∑Tgd: sumatoria de los tiempos para el giro de descarga. ∑Td: sumatoria de los tiempos de descarga. ∑Tgrb: sumatoria de los tiempos de giro de retorno. ∑Tci: sumatoria de los tiempos de los ciclos de cuchareo de la pala.

 EFICIENCIA DE OPERACIÓN OPTIMIZADA (Ef ’) Entre los tiempos muertos en general se observa que se pierde mayor tiempo al esperar los volquetes, y este tiempo se puede evitar, disponiendo para cada pala el correcto número de volquetes, y se puede determinar mediante la siguiente expresión: Ef ′ =

MAQUINARIA MINERA

∑𝑇𝑐𝑖 𝑥 100% ∑Tci + Tm − Tev

24

 TIEMPO DE CARGUIO POR VOLQUETE Es el tiempo que demora la pala para llenar de material un volquete. Tiempo de carguio por volquete sin tiempos muertos (Tcv): Tcv =

∑𝑇𝑐𝑖 , 𝑚𝑖𝑛 60 𝑁𝑣

Donde: Nv: número de volquetes cargados realmente. 60: factor, de segundos a minuto Tiempo de carguío real por volquete, con esperas de volquetes (Tcv’) Tcv ′ =

∑𝑇𝑐𝑣 𝐸𝑓

Tiempo de carguío optimizado por volquete sin espera de volquetes (Tcv ‘’): Tcv ′′ =

∑𝑇𝑐𝑣 , 𝑚𝑖𝑛 𝐸𝑓′

 NUMERO DE VOLQUETES CARGADOS POR UNA PALA Numero de volquetes cargados por turno teóricamente (N°VT): N° VT =

𝑇𝐴𝑂 − 𝑇𝑀𝐸 𝑇𝑐𝑣

N° de volquetes cargaos realmente por turno (N): N=(

𝑇𝐴𝑂 − 𝑇𝑀𝐸 )𝐸𝑓 𝑇𝑐𝑣

N° de volquetes cargados optimizadamente por turno (N’): N′ =(

𝑇𝐴𝑂 − 𝑇𝑀𝐸 )𝐸𝑓 ′ 𝑇𝑐𝑣

N° de volquetes requeridos por una pala para que trabaje óptimamente e ininterrumpidamente (Nvolq): N volq = 1 +

MAQUINARIA MINERA

𝑇𝑡𝑟𝑣 𝑇𝑐𝑣

25

Donde: Ttrv: tiempo de transporte de los volquetes; igual a Tida + Tdescarga + Tretorno por volquete.  RENDIMIENTO DE LAS PALAS MECANICAS Para material suelto: Rend =

3600 𝑥 𝐶𝑐 𝑥 𝑓 𝑥 𝐹 , 𝑇𝑐

𝑚3/ℎ𝑟

Rend =

3600 𝑥 𝐶𝑐 𝑥 𝑓 𝑥 𝐹 , 𝐾 ∗ 𝑇𝑐

𝑚3/ℎ𝑟

Para material insitu:

Rend =

3600 𝑥 𝐸 𝑥 𝐹 𝑥𝐷 𝑥 𝐴 𝑥 𝐾 , 𝑇𝑐

𝑚3/ℎ𝑟

Donde: Cc: capacidad de la cuchara, m3 f: factor de eficiencia de la pala: 0.8 a 0.9 para descargas simples. 0.55 a 0.9 para llenar en camiones. F: factor de llenado de la cuchara K: factor de espaciamiento del material Tc: ciclo de pala, seg E: eficiencia combinada, equipo - operador D: factor de corrección profundidad de corte. A: ángulo de giro. Los valores de F, E, D, A, se determinan con las tablas N° 7.2, 7.3, 7.4, 7.5, 7.6:

MAQUINARIA MINERA

26

Rendimiento teórico (RT): RT = N° VT x C ,

𝑚3/𝑔𝑑𝑖𝑎

Rendimiento real (RR): RR = N x C ,

𝑚3/𝑔𝑑𝑖𝑎

Rendimiento optimizado (Rop): Rop = N′ x C ,

𝑚3/𝑔𝑑𝑖𝑎

Donde: C: capacidad del volquete, m3 Tabla 2. Eficiencia del Equipo y Operador

EFICIENCIA DEL

EFICIENCIA DEL

EQUIPO

OPERADOR

$

factor $

Factor

Bueno

90

0.9

100

1

Promedio

80

0.8

85

0.85

Pobre

70

0.7

65

0.65

Tabla 3. Eficiencia Combinada del Equipo y Operador (E)

OPERADOR BUENO PROMEDIO POBRE BUENO EQUIPO PROMEDIO POBRE

MAQUINARIA MINERA

0.9

0.77

0.59

0.8

0.68

0.52

0.7

0.6

0.45

27

Tabla 4. Factor de Corrección por Profundidad de Corte (D)

TIPO DE MATERIAL Barro Húmedo Arenoso Tierra Grava Arcilla

EQUIPO

Pala dragalina

Pala dragalina

CAPACIDAD DE CUCHARA Yd^3 3/8

1/2

2

2 1/2

3.8

4.6

5.3

6

7.4

7.8

8.4

5

5.5

6

6.6

7.7

8

8.5

3.8

4.6

5.3

6

7.4

7.8

8.4

5

5.5

6

6.6

7.7

8

8.5

Tierra

Pala

4.5

5.7

6.8

7.8

9.7

10.2

11.2

común

dragalina

6

6.7

7.4

8

9.5

9.9

10.5

Arcilla

Pala

6

7

8

9

11.5

12.2

13.3

dura

dragalina

7.3

8

8.7

9.3

11.3

11.8

12.3

Arcilla

Pala

6

7

8

9

11.5

12.2

13.3

humeda

dragalina

7.3

8

8.7

9.3

11.3

11.8

12.3

Tabla 5. Factor de corrección por Angulo de Giro-Palas o Factor Combinado (Dxa)

ANGULO DE GIRO-GRADOS (A)

PROF. DE CORTE (D) % DE OPTIMO 45°

60°

75°

90°

120°

150°

180°

40

0.93

1.89

0.85

0.8

0.72

0.65

0.5

60

1.1

1.03

0.96

0.91

0.81

0.73

0.66

80

1.22

1.12

1.04

0.98

0.86

0.77

0.69

100

1.26

1.16

1.07

1

0.88

0.79

0.71

120

1.2

1.13

1.03

0.97

0.86

0.77

0.7

140

1.12

1.04

0.97

0.91

0.81

0.73

0.66

160

1.03

0.96

0.9

0.85

0.75

0.67

0.62

MAQUINARIA MINERA

28

Tabla 6. Factores de Llenado del Cucharon TABLA N°7.6 FACTORES DE LLENADO DEL CUCHARON (F) CONDICION DEL METERIAL A EXCAVAR

FACTOR DE CUCHARON

TIPO DE ROCA Y FORMACIONES

TAMAÑO DE FRAGMENTACION (Cm)

95%-100%

ROCA SEDIMENTARIA(MORREN AS).ROCAS VOLCANICAS MONZONITA ALTERADA

MENORES DE 15 cm

BUENO

70%-90%

ROCAS VOLCANICAS(MONZONIT A FRESCA Y ALTERADA) ZONA DE OXIDOS

DE 15 A 60

REGULAR

60-80%

ROCAS VOLCANICAS (MONZONITA FRESCA Y CALIZAS

DE 60- 100

30-60%

ROCAS INTRUSIVAS(GRANATITA, ZONAS MINERALIZADAS)."LIXIVI ADO"

MAYORES DE 100 cm

MUY BUENO

MALO

CUADRO N° 7.1 CARACTERISTICAS TECNICAS DE LASMecánicas PALAS MECANICAS Tabla 7. Características Técnicas de las Palas MARCAS Y MODELOS

MARION 185M-HR-2A

BUCYRUS ERIE-195

12

13

9

13.4

12.65

11.9

ANGULO DE LA PLUMA CON LA HORIZONTAL,(°)

45

45

45

LONGITUD TOTAL DE LA ORUGA,m

7.6

6.7

6.8

7.6

LONGITUD DEL BRAZO DE LA CUCHARA, m

1.6

1.6

7

1.1

13

12.7

12.6

13

18

17

10.6

17.6

RUBRO CAPACIDAD DE CUCHARA, Y d3 DE LONGITUD DE LA PLUMA METROS

ALTURA DE CORTE, m RADIO DE CORTE,m

MAQUINARIA MINERA

P&H 1800

1900 12 12.2 45

29

Ejemplo Ilustrativo El cronometraje de estudio de tiempos de la pala mecánica eléctrica P&H 2100 BL durante un turno dio: ∑Tcu= 1581 seg, ∑Tgd= 630 seg, ∑Td= 510 seg, ∑Tgrb= 815 seg ;N°n de ciclos de pala 90, N° de viajes 15; espera de volquetes 2011 seg; preparación o acomodo de material 200 seg; desquinche 100 seg; cambio de posición de la pala 120 seg; movimiento de bolones(bancos ) 235 seg; limpieza del piso con el tractor 80 seg; tiemplo empleado por reparar el cable de izaje 31 min; tiempo de transporte de los camiones ( Ttrv) 17 min. Para el acarreo se utilizan volquetes lectra hould M100 de 39.5 m3 de capacidad. Eficiencia de cargio de la cuchara y la tolva de los volquetes 82 %. Tiempo de operación asignado 420 min. Calcular: a) El ciclo de pala, b) eficiencia de trabajo de la pala, c) N° de volquetes cargados por turno, d)eficiencia de operación optimizada y numero de volquetes a cargarse por turno, e) N° de volquetes necesarios para mantener

ocupada

a

la

pala

normalmente

en

operación

y

optimizadamente, y (f) el rendimiento de la pala. Solución a) Ciclo de la pala: ∑Tci= 1581 seg+630+510+815= 3536 seg Ciclo de la pala = 3536/90= 39.29 seg/cuchara

b) Eficiencia de trabajo de la pala (EF): Tiempo muerto=Tm= 2011+200+100+120+235+80)seg =2746 seg Ef= (3536 seg/3536 seg+2746 seg)x 100 % =56.28%

c) N° de volquetes cargados por turno (N): T cv=(3536 seg/60seg/min*15 volq)=3.93 min/volquete TME=31 min N=(420-31/3.93)*0.5628=55 volquetes

MAQUINARIA MINERA

30

d) Eficiencia de operación optimizada (EF) y numero de volquetes cargados por turno(N°): EF= (3536seg/3536 seg+ 2746 seg-2011 seg)*100%=82.79% N° =(420-31/3.93)0.8279=82 volquetes

e) N°

de volquetes necesarios para mantener ocupada a la pala en

operación: Tcv=3.93/0.5628=6.98 min N°volq =1+(17/6.98)=3 volquetes N° de volquetes requeridos para mantener ocupada la pala en operación optimizadamente: Tcv= 3.93/0.8279=4.74 min N° volq= 1+(17/4.74)= 4 volquetes

f) Rendimiento (RR): RR= 55*39.5*0.8=1738 m3/gd. 3.8 VENTAJAS  Las características más significativas de las palas de cable son las siguientes: 

Pueden excavar a alturas entre los 10 y 20 m.



Pueden descargar a alturas entre los 6 y 12 m.



Poseen un sistema de traslación sobre una oruga y su accionamiento es eléctrico.



La excavación se realiza mediante la combinación de dos movimientos: elevación y empuje.



Son máquinas pesadas y robustas, adecuadas para trabajar en cualquier tipo de material.



Permiten el arranque directo de materiales compactos, aunque en muchos casos se acondiciona el material a la carga mediante tronadura.



Tienen alta fiabilidad, debido a un diseño ampliamente probado, con buena disponibilidad yutilización efectiva.

MAQUINARIA MINERA

31



Pueden remontar pendientes reducidas, pero no es aconsejable que operen inclinadas debido a posibles problemas en el sistema de giro de la máquina.



Presentan buena estabilidad y suavidad en la operación.



Proporcionan una buena mezcla en dirección vertical, durante la carga, debido a la manera de excavar, ya que la forma de movimiento de la pala hacia el material es, primero, horizontal, penetrando la pila de material tronado, y segundo, subiendo el balde en forma casi vertical hasta lograr llenarlo.



Presentan buen rendimiento, incluso en malas condiciones de piso, ya que operan sin desplazarse sobre él.



Ofrecen al operador una muy buena visibilidad durante la operación, además de condiciones de alta seguridad.



Tienen una larga vida útil, estimada en más de 60.000 horas de operación.

3.9 DESVENTAJAS  No son adecuadas para cargas selectivas de material. 

Presentan una reducida capacidad de excavación (menos que las orugas).



Requieren de un equipo auxiliar que constantemente mejore la pila de material por cargar. Generalmente son tractores sobre orugas (bulldozer) o ruedas.



Requieren operadores altamente calificados.



Pueden dificultar las labores, puesto que las mantenciones se realizan en la misma faena minera.



Por su alto precio, sólo son consideradas en proyectos de gran escala y duración.

3.10 PALA ELECTRICA P&H 4100XPC AC-90

a) Características 

Carga útil nominal de 73 a 82 tm



Capacidad nominal del balde de 42 a 49 m3

MAQUINARIA MINERA

32



Ideal para camiones de carga de 218 a 327 tm



Alto nivel de disponibilidad comprobado y consistente de la máquina por lo menos del 90%



Geometría optimizada del balde para un mayor factor de llenado



Sistema completo de iluminación LED de alta eficiencia para luces internas, externas y de emergencia.

b) Confiabilidad y Gran disponibilidad de la Máquina 

Alcanza consistentemente una disponibilidad mecánica superior al 90%.



Motores y cajas de engranajes para trabajo de minería comprobadas de para aumentar la vida útil de los componentes.



Diseño estructural que usa aceros de baja aleación y alta resistencia para ofrecer una mayor resistencia a la fatiga.

Figura. 5: Pala eléctrica P&H 4100XPC AC-90

3.11 MANTENIMIENTO PREDICTIVO El mantenimiento predictivo, consiste en evaluar en todo instante la condición de la máquina a través de la medición de síntomas que ella emita al exterior, identificando cualquier problema presente o inminente y prediciendo cuándo deberían realizarse acciones correctivas.

MAQUINARIA MINERA

33

El mantenimiento predictivo es análogo a la medicina en seres humanos. Inspección visual, chequeos y completos exámenes médicos son para el cuerpo humano como el mantenimiento predictivo a las máquinas. Hay varios beneficios que pueden obtenerse utilizando una estrategia de mantenimiento predictivo, los cuales incluyen: • La detección de fallas con suficiente antelación permite evitar problemas mecánicos

mayores,

que

podrían

transformarse

en

fallas

caras

o

potencialmente catastróficas. • La detección anticipada de fallas permite planificar las necesidades de mantenimiento. • El diagnóstico de la condición de la máquina mientras está funcionando, evita abrirla a intervalos regulares de tiempo. La intervención de la máquina se limita a cuando es estrictamente necesario, evitando los problemas de toda partida. Los objetivos o metas que busca la implementación de un programa de mantenimiento predictivo son los siguientes: • Vigilancia de las máquinas: detectar la presencia de un problema y establecer cuan mala es la condición de la máquina. • Protección de las máquinas: Pretende evitar una falla catastrófica a través de paradas automáticas. • Diagnóstico de fallas: Identificar cual es el problema específico que afecta a la máquina. • Pronóstico de vida: Estimar cuánto tiempo más puede trabajar la máquina sin riesgo, una vez diagnosticado un problema en ella.

Para una correcta aplicación de un mantenimiento predictivo se necesita los siguientes requisitos como mínimo: un conocimiento completo de la máquina y los potenciales modos de fallas de sus elementos, conocer todas las tecnologías predictivas, con sus respectivos métodos para detectar los “síntomas” de la máquina, y el historial del equipo para saber cómo ha sido su funcionamiento en el pasado. La tecnología predictiva se refiere a un grupo multidisciplinario de técnicas que son las herramientas con que se cuenta para poder evaluar la condición de la máquina. La tecnología para un mantenimiento predictivo incluye análisis de MAQUINARIA MINERA

34

vibraciones, análisis de aceite, termografía infrarroja, detección de ultrasonido u otra técnica de medición de ondas de alta frecuencia y análisis de corriente. A continuación se hablara de algunas fallas características de las palas mecánicas. Las fallas características de estos elementos en las palas, son debido al ambiente adverso en que trabaja. En general, los rodamientos y engranajes fallan por una temprana fatiga, debido a las partículas duras de polvo que están entre las pistas de rodaduras, en los rodamientos, o en los flancos, en los engranajes. También, la suciedad produce desbalanceamiento en los motores eléctricos. Otro motivo de falla es por la lubricación inadecuada, ya que el aceite, y la grasa en general pierden sus propiedades, debido a la suciedad o a la contaminación con agua.

Figura. 6 Engranaje intermedio dañado de la maquinaria

MAQUINARIA MINERA

35

IV.

CONCLUSIONES

 Se logró reconocer las partes principales de una pala eléctrica.  Se comprendió el mantenimiento que requiere una pala eléctrica para su adecuado funcionamiento.  Se indagó acerca del funcionamiento de las palas eléctricas.  Se pudo identificar los factores que influyen en el rendimiento de una pala eléctrica.  Se realizó los cálculos del ciclo y eficiencia de una pala eléctrica, así como también el número de volquetes cargados por turno.

MAQUINARIA MINERA

36

V.

BIBLIOGRAFÍA  ING. MAYTA LINO, M. Maquinaria minera. Cusco- Perú

 SAAVEDRA GÓNZALEZ, P. y RÓMAN LEDERMANN, P. (2003), Mantenimiento predictivo en palas electromecánicas de la minería. Concepción- Chile.  Codelco. (18 de Setiembre de 2016). Codelco Educa. Obtenido de Equipos de carguío a cielo abierto o a rajo abierto: https://www.codelcoeduca.cl/procesos_productivos/escolares_extrac cion_equipos_asociadoscarguioacieloabierto.asp  http://www.joyglobal.com/es/product-details/p-h-4100xpc-ac90#!technology  http://www.monografias.com/trabajos15/palas-mecanicas/palasmecanicas.shtml

MAQUINARIA MINERA

37