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UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS

TRANSPORTE SOBRE RIELES CURSO: SERVICIOS AUXXILIARES MINEROS ALUMNO: DANNY JAVIER CHAVEZ CASANI CICLO: 7mo DOCENTE: ING. MARCO LUIS QUISPE PEREZ

7 DE JUNIO DE 2016 MOQUEGUA - PERU

TRANSPORTE SOBRE RIELES

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Contenido TRANSPORTE SOBRE RIELES ................................................................................................................................................ 2 INTRODUCCION .................................................................................................................................................................. 2 MARCOTEORICO................................................................................................................................................................. 3 TRASNPORTE SOBRE RIELES............................................................................................................................................ 3 CARROS MINEROS.......................................................................................................................................................... 3 3.1 VAGÓN ................................................................................................................................................................ 3 3.2 LOCOMOTORA..................................................................................................................................................... 4 CARROS SEGÚN EL TIPO DE DESCARGA ........................................................................................................................... 6 4.1 Carros de descarga por el fondo. .......................................................................................................................... 6 4.2 Carros tipo Granby............................................................................................................................................... 6 4.3 Carros de propósitos especiales. .......................................................................................................................... 6 COMPONESTES DE UNA VIA FERROVIARIA ...................................................................................................................... 7 5.1 TROCHA............................................................................................................................................................... 7 5.2 DIÁMETRO DE LAS RUEDAS DE LA LOCOMOTORA ................................................................................................. 7 5.3 RIELES ................................................................................................................................................................. 8 5.4 DURMIENTES ....................................................................................................................................................... 8 5.5 BALASTO ............................................................................................................................................................. 8 5.6 CLAVOS ............................................................................................................................................................. 10 CURVAS ....................................................................................................................................................................... 10 PERALTE ...................................................................................................................................................................... 11 RESISTENCIA AL RODAMIENTO DE LOS TRENES ............................................................................................................. 12 8.1 RESISTENCIA A LA CARGA RODANTE:.................................................................................................................. 12 8.2 RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DE LA LOCOMOTORA: ......................................................................................... 12 8.3 RESISTENCIA A LAS CURVAS: .............................................................................................................................. 12 8.4 RESISTENCIA A LA GRADIENTE: ........................................................................................................................... 12 8.5 RESISTENCIA A LA ADHERENCIA DE LAS RUEDAS A LAS LÍNEAS DEL RIEL: ............................................................. 12 8.6 RESISTENCIA A LA ACELERACIÓN Y DESACELERACIÓN: ........................................................................................ 12 FUERZA DE TRACCIÓN DE LA LOCOMOTORA ................................................................................................................. 13 FUERZA DE FRENADO DE LA LOCOMOTORA.................................................................................................................. 13 PESO DE LOS CARROS VACÍOS ..................................................................................................................................... 14 CICLOS DE TRANSPORTE ............................................................................................................................................... 14 DETERMINACIÓN DEL PESO LA LOCOMOTORA ............................................................................................................ 14 DETERMINACION DE LA FUERZA DEL MOTOR ............................................................................................................... 17 CAMBIAVIAS DE LOS RIELES.......................................................................................................................................... 17 CONCLUSIONES............................................................................................................................................................ 22 BIBLIOGRAFIA .............................................................................................................................................................. 22

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TRANSPORTE SOBRE RIELES INTRODUCCION En el siglo XVIII, los trabajadores de diversas zonas mineras de Europa descubrieron que las vagonetas cargadas se desplazaban con más facilidad si las ruedas giraban guiadas por un carril hecho con planchas de metal, ya que de esa forma se reducía la fricción. Los carriles para las vagonetas sólo servían para trasladar los productos hasta la vía fluvial más cercana, que por entonces era la principal forma de transporte de grandes volúmenes. El inicio de la Revolución Industrial, en la Europa de principios del siglo XIX, exigía formas más eficaces de llevar las materias primas hasta las nuevas fábricas y trasladar desde éstas los productos terminados. Transcurrieron dos décadas durante las cuales se desarrollaron los rieles de hierro fundido que soportaban el peso de una locomotora de vapor. La potencia necesaria para arrastrar trenes, en lugar de uno o dos vagones, se aseguró colocando una locomotora de vapor sobre dos o más ejes con las ruedas unidas mediante bielas. La primera vía férrea pública del mundo, la línea Stockton-Darlington, en el noreste de Inglaterra, dirigida por George Stephenson, se inauguró en 1825. Durante algunos años esta vía sólo transportó carga; en ocasiones también utilizaba caballos como fuerza motora. La primera vía férrea pública para el transporte de pasajeros y de carga que funcionaba exclusivamente con locomotoras de vapor, fue la de Liverpool-Manchester, inaugurada en 1830. También fue dirigida por George Stephenson, en esta ocasión con ayuda de su hijo Robert Stephenson. La intervención estatal se consideró primordial, a la hora de elegir y unificar el ancho de vía, que es el parámetro que mejor define una vía ferroviaria, la mínima distancia entre las caras interiores de los carriles, ya que limita los tipos de material móvil que lo pueden utilizar y condiciona las conexiones posibles con otros ferrocarriles. Los constructores de Europa y de Norteamérica adoptaron en general el ancho de 1,435 mm (56 pulgadas y media) del proyecto de George Stephenson, que se basó en los tendidos de vía para vagonetas de mina su lugar de origen; empíricamente se había demostrado que era la dimensión más adecuada para el arrastre por medios humanos o con caballerías.

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MARCOTEORICO TRASNPORTE SOBRE RIELES La aplicación principal del transporte sobre rieles es llevar la mena de los lugares de producción al punto de recolección como echaderos o tolvas de la concentradora, también se utiliza para el movimiento de personal y materiales. Las razones principales por las que se opta por un transporte sobre rieles es su capacidad de mover grandes tonelajes, grades distancias, flexibilidad, seguridad, confiabilidad y bajos costos de operación. Las locomotoras, de acuerdo a la fuente de energía, actualmente son eléctricas y diésel. Las locomotoras eléctricas pueden ser con baterías o una a troley se basa en costos. Las locomotoras diésel evitan los riesgos eléctricos pero contaminan el ambiente con gases de la combustión y crean riesgos de incendios, por lo que es necesario una ventilación y prevención de incendios adecuados. Figura 1

CARROS MINEROS El diseño de los carros mineros ha evolucionado de simples cajones a carros con sofisticados mecanismos de descarga. En las minas pequeñas, se usan carros de descarga lateral.

Figura 2

3.1 VAGÓN: Los vagones son vehículos destinados a la carga de diversos elementos y materiales. Esos vagones se apoyan a su vez en unos elementos denominados “bogies” que están compuestos por un chasis o armazón que aloja dos ejes.

Figura 3

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3.2 LOCOMOTORA Se denomina así a cualquier tipo de vehículo autopropulsado utilizado en vías férreas o ferrocarriles para impulsar o arrastrar otros tipos de unidades rodantes. Las locomotoras se diferencian de otros tipos de vehículos de vías férreas autopropulsados en que sólo se utilizan como unidades de arrastre y no están diseñadas para el transporte de pasajeros o de cargas. Figura 4

Pueden ser a vapor Eléctricas o Diésel, sin embargo esta última es la más utilizadas para el traslado de cargas puesto que no están expuestas a la falla del suministro eléctrico y son menos contaminantes que las de vapor. Las locomotoras son utilizadas para el traslado de cargas cuando se tienen áreas para el traslado ya definidas y que además la ruta a cubrir esta establecida y está acordado que será la misma durante largo tiempo. Inicialmente constituyen una fuerte inversión. 3.2.1 LOCOMOTORAS ELÉCTRICAS

Las locomotoras eléctricas requieren la instalación de cables eléctricos de alimentación a lo largo de todo el recorrido, que se sitúan a una altura por encima de los trenes a fin de evitar accidentes. Esta instalación se conoce como catenaria, debido a la forma que adopta el cable del que cuelga el cable electrificado, que debe permanecer paralelo a las vías. Las locomotoras toman la electricidad por un trolley, que la mayoría de las veces tiene forma de pantógrafo y como tal se conoce. 3.2.1.1 DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS DE UNA LOCOMOTORA

     

Dos Motores de Corrientes continua Un Controlador de marcha hacia delante y Dos Faros y un Interruptor Una Bocina (Corneta) Un Contacto Móvil Resistencia

hacia atrás

3.2.2 LOCOMOTORAS A BATERIA

En las minas, frecuentemente se usan las locomotoras de baterías para una mayor facilidad o en operaciones no permanentes Para calcular la capacidad de las baterías, se requiere conocer las condiciones de trabajo y el perfil de la via. Una manera de determinar la capacidad de las baterías es convertir el trabajo pies-libra a Kilowatts/hora de un viaje de ida y vuelta, luego se multiplica por el número de viajes para obtener la capacidad. figura 5

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3.2.2.1 SELECCIÓN DE BATERIA

En las minas, comúnmente se usan baterías de plomo-acido, por el menor volumen que ocupan, y el voltaje de las celdas es generalmente 2 volts. Una batería que se usa durante 6 horas requiere un recargado de 8 horas. Los lugares de carguío de baterías deben estar muy ventilados para evitar la acumulación del gas de hidrogeno que es explosivo.

Figura 6

3.2.3 LOCOMOTORAS A TROLLEY

Las locomotoras mineras a trolley de la serie "EE" , están destinadas para el transporte horizontal sobre rieles, especialmente en minas con medio húmedo y polvoriento sin riesgo de explosión de los polvos de carbón y gases metano. Es capaz de desplazarse por carriles con pendiente superable de hasta 35‰ (2°) y a temperaturas desde - 10 hasta + 35°C. Las locomotora de la serie "EE" están impulsadas por dos motores eléctricos trifásicos asíncronos con enfriamiento autónomo y con variación de revoluciones por convertidor de frecuencias, el cual facilita una marcha constante, así como también un frenado efectivo, garantizado por dos sistemas de frenos independientes para ambos puentes, el freno electrodinámico con los motores eléctricos y cajas de velocidades, y los frenos mecánicos de dos circuitos directamente en las ruedas. Figura 7

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CARROS SEGÚN EL TIPO DE DESCARGA 4.1 Carros de descarga por el fondo. Para una operación eficiente y rápida se han diseñado estos carros con una capacidad de carga de 15 a 30 toneladas. Este tipo de carros, con una tolva adecuada, permite el vaciado continuo.

A

B

B

Figura 8

4.2 Carros tipo Granby. Es te tipo de carros es de uso frecuente en minas de niveles múltiples para mover grandes tonelajes. Requiere de instalaciones mecánicas para vaciar los carros. Sistema Granby

Figura 9

4.3 Carros de propósitos especiales. Es las minas se trasladan a personas y se mueven materiales tales como: madera, explosivos, maquinarias, repuestos y otros. Para ser eficientes y seguros en el manejo de personas y materiales, se usan carros de diseño especial adecuados a la operación.

Figura 10

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COMPONESTES DE UNA VIA FERROVIARIA 5.1 TROCHA La trocha varía de acuerdo a la mina y las condiciones de la misma. En las minas metálicas, las locomotoras son menos anchas y más altas que en las carboníferas. En general, en las minas metálicas las trochas varían de 18 a 36 pulgadas. Otros factores que determinan las trochas son la capacidad y peso de las locomotoras.

Figura 11

5.2 DIÁMETRO DE LAS RUEDAS DE LA LOCOMOTORA Las dimensiones de las ruedas varían de acuerdo al peso de la locomotora, luz del piso a la locomotora y velocidad de la misma. Ver la tabla 4.1

Masa

Pestaña

Eje Llanta Diámetro

rueda: 6 a 14 Figura: 12

Peso de la locomotora toneladas Diámetro de las ruedas (pulgadas) cortas 1- ½ 14 2–4 16 – 21 4 – 10 24 – 26 11 – 15 30 – 33 15 – 20 35 – 36 Tabla 4.1 relación del diámetro de las ruedas al peso de las locomotoras

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5.3 RIELES En la generalidad, se considera de 10 libras de peso por yarda de riel, como mínimo, por tonelada corta de peso por cada rueda de la locomotora. Ver la tabla 4.2

Figura 13

Figura 14

5.4 DURMIENTES Los durmientes de 4 X 6 pulgadas de sección pueden ser forzados colocando durmientes de acero entre durmientes de madera. Los durmientes de 5 X 7 pulgadas presentan un buen servicio sin necesidad de refuerzos en casi todas las condiciones. Se recomiendan los durmientes de 6 X 8 para rieles pesados, gradiente alta, curvas cerradas, locomotoras pesadas y alto tráfico. La longitud de los durmientes, preferentemente, debe ser el doble de la trocha o al menos la trocha más de 24 pulgadas. La altura de la sección del durmiente será. Por lo menos, ¼ de pulgada más larga que la longitud del clavo y el ancho del durmiente debe ser no menos de 1 3/8 pulgadas más largo que la longitud del clavo. El espaciamiento de centro de los durmientes, generalmente, es de 24 pulgadas y en las partes de alto tráfico, 16 pulgadas. Ver la tabla 4.3 Durmiente

Figura 15

5.5 BALASTO constituye la base de las vías férreas y están compuestos por agregados gruesos (grava) los cuales le dan una buena estabilidad al suelo.

Figura 16

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Tabla 4.2 peso de rieles para locomotoras de 4 y 6 ruedas

Peso locomotora toneladas cortas 2 4 5 6 8 10 13 15 20 25 30 35 40 50

Peso del riel, libras por yarda Mínimo recomendado Mínimo recomendado locomotora de 4 ruedas locomotora de 6 ruedas 12 – 16 16 – 25 16 – 25 20 – 30 25 – 30 30 – 40 20 – 30 30 – 50 25 – 40 40 – 50 30 – 40 50 – 60 40 – 50 60 – 70 50 – 60 75 – 85 60 – 70 80 – 85 70 – 80 85 – 90 75 – 85 95 – 10 85 – 95

Tabla 4.3 dimensiones de los durmientes en línea principal

Sección pulgadas

Peso normal riel, lb/ yd

Clavo pulgadas

4x6 5x7 6x8

60 – 75 60 – 80 85 – 100

3½ x½ 4½ x ½ 5 ½ x 9/16

Espaciamiento durmientes rieles de 30 pies, pulgadas Intermedios Empalmes 21 ½ 16 22 ½ 22 ½ 24 24

Figura 17

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5.6 CLAVOS Los clavos se miden debajo de la cabeza al extremo o punta, es decir, solamente el pin, y la sección es cuadrada Clavos rieleros

Pernos rieleros

Figura 18 Tabla 4.4 clavos de riel

Dimensiones pulgadas 2 ½ x 5/16 2 ½ x 3/8 3 x 3/8 3 ½ x 3/8 4 x 3/8 3 ½ x 7/16 4 x 7/16 4 ½ x 7/16 4 x ½ 4½ x ½ 5 x 9/16 5 ½ x 9/16 6 x 9/16

Cantidad de clavos en 200 lb 2 230 1 650 1 380 1 250 1 025 890 780 690 605 518 405 360 320

Peso recomendado de riele libras/ yarda 8 – 12 12 – 16 12 – 20 12 – 20 16 – 25 16 – 25 20 – 30 20 – 30 25 – 35 25 – 35 40 – 56 45 – 90 50 – 100

CURVAS Las curvas en la minas, son cortas y se miden en radios. Los trenes ruedan más suavemente en rieles con radios de curvatura mayor que en aquellos de radios menores. Las curvas más frecuentes en las minas tienes 40, 50 o 60 pies de radio. La experiencia aconseja que la trocha debe ser incrementada 1/16 pulgadas por cada 2 ½ grados de curvatura. Ver la tabla 4.5

Figura 19

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PERALTE Debido a la fuerza centrífuga, los trenes tienden a descarrilarse en las curvas. Elevando el riel exterior de la curva, se contrapesa esta tendencia. En el Perú la velocidad máxima es de 10 km/ hora (9.113pies /segundo), aunque en las vías de extracción principales se permiten velocidades mayores. El peralte se halla aplicando la siguiente formula: 𝑒=

𝑔 ∗ 𝑉2 32.2 𝑅

Dónde: E = peralte, pulgadas G = trocha, pulgadas V = velocidad, pies/segundo R = radio de curva, pies Distancia entre ejes de rueda pulgadas 18 20 22 24 26 28 30 34 36 38 40 42 44 48 54 60 66 72 84 96 108 144

14

6 7 7 8 8 9 10 11 12 12 13 14 15 16

16

7 8 8 8 9 10 11 12 12 13 14 15 16 18 18

18

8 8 8 9 10 11 12 12 13 14 15 16 18 20 22 25 29

Diámetro de las ruedas, pulgadas 20 22 24 26 28 30

8 9 10 11 12 13 14 14 15 16 17 19 21 23 26 30 34 39 52

9 10 11 12 13 14 14 15 16 17 19 21 23 26 30 34 39 52

11 12 13 14 14 15 16 17 19 21 23 26 30 34 39 52

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13 14 15 16 16 17 19 21 23 26 28 33 37 43 56

15 16 16 17 19 21 23 26 28 33 37 43 56

16 16 17 19 21 23 26 28 33 37 43 56

33

36

20 22 25 28 31 34 39 45 51 68

22 25 28 31 34 39 45 51 68

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RESISTENCIA AL RODAMIENTO DE LOS TRENES Las resistencias que se generan en los trenes sobre los rieles, pueden ser consideradas de las siguientes fuentes 1. Resistencia a la carga rodante 2. Resistencia al movimiento de la locomotora 3. Resistencia a las curvas. 4. Resistencia a la gradiente 5. Resistencia de la adherencia de las ruedas a la línea riel 6. Resistencia a la aceleración y desaceleración. 8.1 RESISTENCIA A LA CARGA RODANTE: Esta resistencia depende de los cojinetes de los carros, condición de los rieles y en las minas varía del 1 a 2% de la carga bruta. En los cojinetes de rodamiento se3 considera de 20 libras por tonelada y en las bocinas de 30 libras por tonelada. 8.2 RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DE LA LOCOMOTORA: Se considera 20 libras por tonelada de la locomotora. 8.3 RESISTENCIA A LAS CURVAS: Esta resistencia depende de la magnitud de la trocha en las curvas, ancho y diámetro de las ruedas, velocidad, radio de curvatura, número de carros en las curvas, etc. Se considera 0.5 a1 libra por tonelada por grado de curva de la parte del tren contenida en la curva. 8.4 RESISTENCIA A LA GRADIENTE: Para calcular la gradiente, se expresa en porcentaje en lugar de grados. Se considera 20libras por cada ciento de gradiente. En la resistencia a la gradiente se debe considerar el peso total de los carros cargados y la locomotora. La legislación peruana permite un máximo de gradiente de 6 x 1000 (0.6%). 8.5 RESISTENCIA A LA ADHERENCIA DE LAS RUEDAS A LAS LÍNEAS DEL RIEL: Esta adherencia depende del material de la rueda y la condición de la línea riel. Por ejemplo, la adherencia será menor si la línea estás mojada. Se estima en 20% para las de fierro fundido y 25% para las de acero, del peso de la locomotora. 8.6 RESISTENCIA A LA ACELERACIÓN Y DESACELERACIÓN: Generalmente, esta resistencia es despreciada. Para propósitos mineros, es suficiente considerar una aceleración de 0.146 a 0.292 pies/segundo^2 igual a 0.1 a 0.2 millas por hora por segundo, que equivale de 10 a 20 libras por tonelada de peso de la locomotora más los carros cargados. En las minas subterráneas, es suficiente considerar una desaceleración de 0.146 pies/segundo^2. Un tren que viaja a la velocidad de 9,113 pies/segundo (10 km/hora) para en:

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𝑠=

𝑣2 2𝑎

Dónde: S = distancia en pies. v = velocidad en pies/segundo a= desaceleración, pies/segundos^2

Remplazando: 9,1132 2 × 0,146 𝑠 = 284,4 𝑝𝑖𝑒𝑠 𝑠=

FUERZA DE TRACCIÓN DE LA LOCOMOTORA La fuerza de tracción teórica de una locomotora con ruedas de fierro fundido es de 20% y de acero 25% de su peso. Cuando se usa arena, estas fuerzas aumentan a 25 y 30% respectivamente. Esta fuerza debe ser por lo menos 15% mayor a la resistencia del tren. La fuerza de tracción se calcula con la siguiente formula. 𝐹 = 𝐿 × 𝑅𝑡 + 𝑊 × 𝑅𝑡 Dónde: Figura 19

Rt= Rr + 20xG hacia arriba. Rt= Rr + 20x(-G) hacia abajo. FUERZA DE FRENADO DE LA LOCOMOTORA

Esta fuerza se asume de 80 a 85% de la fuerza de tracción. Cuando se frena o para la locomotora, la gravedad ayuda con 20 libras por tonelada corta por cada por ciento de gradiente hacia abajo. También se puede calcular con las siguientes formulas: Fuerza de frenado hacia abajo: F = 2 000 AL + W (Rt – 20G) – L (20G) Fuerza de frenado hacia arriba: F = 2 000 AL + W (Rr – 20G) + L (20G)

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figura 20

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Dónde: A = adherencia a nivel, expresado en decimales ruedas de fierro fundido = 0.20 ruedas de acero = 0.25 L = peso de la locomotora, toneladas cortas W = peso de la carga rodante (peso de carga + peso carros), toneladas cortas Rt = resistencia de los cojines de los carros, libras por tonelada corta Rr = resistencia de los cojines de a locomotora, libras por tonelada corta G = gradiente, por ciento

PESO DE LOS CARROS VACÍOS Estos varían de 46 a 63% del peso neto de la carga

CICLOS DE TRANSPORTE Estimar el tiempo de ciclo es difícil. Para hacer el ciclo más rápido se dispone de instalaciones y dispositivos tales como parrillas, martillos neumáticos o hidráulicos para romper las rocas mayores a la luz de las parillas, compuertas accionadas por pistones, tolvas, carros con tolvas traslapadas, mecanismos para vaciar, carros, locomotoras en tándem equipadas con controladores magnéticos o neumáticos para duplicar la fuerza de tracción y otros.

DETERMINACIÓN DEL PESO LA LOCOMOTORA 1. Cuando se considera la aceleración: Una de las fórmulas de amplio uso para su determinación es la siguiente: 𝑾(𝑭 + 𝟐𝟎𝑮 + 𝟏𝟎𝟎𝒂) 𝐿= 𝟒𝟖𝟎 − 𝟐𝟎𝑮 − 𝟏𝟎𝟎𝒂 2. Sin considerar la aceleración: Una de las fórmulas de mayor uso para gradientes a nivel o hacia arriba es la siguiente: 𝑾 (𝑭 + 𝟐𝟎𝑮) 𝐿= 𝟐𝟎𝟎𝟎𝑨 − 𝟐𝟎 − 𝟐𝟎𝑮 Dónde: L = peso de la locomotora, toneladas cortas 𝑎 = 0.1 a 0.2 mphps (millas por hora por segundo) = 0.146 a 0.292 pies/segundo2 W = peso de la carga rodante, toneladas cortas G = gradiente, por ciento F = resistencia a la carga rodante en función de W, libras por tonelada corta A = adherencia a nivel, expresado en decimales ruedas de fierro fundido = 0.20 ruedas de acero = 0.25 Cuando se utiliza ruedas de acero en una locomotora a troley, la adherencia A es igual a 0.25 entonces se tiene: 𝑾 (𝑭 + 𝟐𝟎𝑮) 𝐿= 𝟒𝟖𝟎 − 𝟐𝟎𝑮

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EJEMPLO 1: Dadas las siguientes condiciones, seleccionar la locomotora a troley y carros para el transporte de mena de la mina a la concentradora: 1. La concentradora trata 2000 toneladas cortas/ dia, 7 dias a la semana. 2. Gradiente 6/1000 en descenso con carga = 0.6% 3. Distancia de la tolva de concentradora: 5000 pies 4. Turnos de trabajo de la locomotora: 2 de 8 horas cada uno, 6 dias a la semana 5. Carros provistos de rodamientos. 6. Las ruedas de la locomotora son de acero 7. La aceleración es de 0.1 mphps.

Solución: 1. Tonelaje por turno de la locomotora: 𝟕 𝒅𝒊𝒂𝒔∗𝟐𝟎𝟎𝟎𝒕𝒐𝒏/𝒅𝒊𝒂 = 1166.6666 se redondea a 1180 toneladas 𝟔 𝒅𝒊𝒂𝒔∗𝟐 𝒕𝒖𝒓𝒏𝒐𝒔/𝒅𝒊𝒂 2. Estimación del tiempo de ciclo de viaje: Llenado de un carro 1min Vaciado de un carro 1min Velocidad del convoy 32 808 pies por hora (10km/hora) Tiempo de viaje ida y vuelta: 𝟔𝟎 𝐦𝐢𝐧∗ 𝟐 ∗ 𝟓𝟎𝟎𝟎 𝒑𝒊𝒆𝒔 = 𝟏𝟖. 𝟐𝟖𝟖 𝒎𝑖𝑛 𝟑𝟐 𝟖𝟎𝟖 𝒑𝒊𝒆𝒔/𝒉𝒐𝒓𝒂 Tiempo de ciclo considerando 10 carros: 2 * 10 + 18.288 = 38.3 casi 40 min 3. Tiempo neto de trabajo por turno: 7 horas * 50 min/hora de trabajo =350 minutos 4. Numero de ciclos por turno: 350/40 =8.75 casi 9 ciclos 5. Tonelaje por carro por viaje: 1180 𝑡𝑜𝑛 = 13.111 𝑡𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠 9 𝑣𝑖𝑎𝑗𝑒𝑠 ∗ 10 𝑐𝑎𝑟𝑟𝑜𝑠 6. Peso de la carga rodante considerando peso de carro vacio igual a 70% de la carga: 10 carros * 13.1 ton/carro *1.7 = 222.7 casi 223 toneladas cortas 7. Peso de la locomotora considerando que las ruedas son de acero: Aplicando: 𝑊(𝐹 + 20𝐺 + 100𝑎) 𝐿= 480 − 20𝐺 − 100𝑎 Se tiene: 223(20 + 20(−0.6) + 100(0.1)) 𝐿= = 8.33 480 − 20(−0.6) − 100(0.1) =8.33 casi 9 toneladas.

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Si se tiene los pesos reales de los carros vacíos y la carga, se deben utilizar estos datos en lugar de los asumidos. Comprobación: Gradiente = 0.6 % hacia abajo Carga rodante = 223toneladas cortas Carros vacíos = 92 toneladas cortas Peso locomotora = 9 toneladas

1. Resistencia unitaria del tren: Aplicando: Rt Rt

= =

Rr + 20 G hacia arriba Rr + 20 (-G) hacia abajo

Se tiene: Rt = 20 + 0.6 x 20 = 32 lb/ton hacia arriba Rt = 20 + (0.6 x 20 ) = 8 ton/ton hacia abajo Resistencia de la locomotora con rodamientos

= Rr = 20 lb/ton

2. Fuerza de tracción: Aplicando: F = L x Rt + W + Rt Se tiene: Para tren cargado = 9 x 8 + 223 x 8 = 2066 libras Para tren descargado = 9 x 32 + 92 x 32 = 2332 libras 3. Fuerza de tracción teórica de la locomotora sin arena: F = 9 ton x 2000 lb/ton x 25% = 45000 libras 4. Porcentaje de fuerza de tracción utilizada: Para tren cargado: (2066 x 100)/4500 = 45.9% Para tren descargado: (2332 x 100)/4500 = 51.8%

5. Porcentaje de fuerza para aceleración: Para tren cargado: 100 – 45.9 = 54.1% Para tren descargado: 100 – 51.8 = 48.2% Desde que ambos porcentajes exceden el mínimo, que es 15%, el tren puede acelerar y moverse, además sin ayudar de arena.

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DETERMINACION DE LA FUERZA DEL MOTOR Para calcular la fuerza requerida, se usan las siguientes formulas: 𝐾=

H x 0.746 e

H=

Tx5 3.75 𝑥 0.95

Dónde: K = Kilowatts de suministro a la locomotora H = HP requeridos 0746 = factor de conversión de kilowatts a HP e = eficiencia del motor T = Fuerza de tracción de la locomotora, libras S = Velocidad, millas por hora 375 = Factor de conversión de libras millas por hora a HP 0.95 = Factor de eficiencia en trasmisión de reducción simple

En el ejemplo: T = 4500 libras S = 10 km/hora = 6.214 millas/hora Entonces: H=

4500 x 6.214 3.75 𝑥 0.95

= 78.5 HP

Considerando una eficiencia de motor de e = 0.90 K=

78.5 x 0.746 0.90

= 65 kilowatts

CAMBIAVIAS DE LOS RIELES Las siguientes recomendaciones son muy cercanas a las normas de la American MiningCongress: Sapas: Para las trochas de 42 pulgadas se recomienda: Sapas Nos. 2, 2 ½ y 3 para maniobras pequeñas. Sapas Nos. 3, 4, 5 y 6 para rieles de transporte. Sapas Nos. 5 y 6 para rieles de transporte especialmente para alta velocidad. Agujas: La longitud de las agujas, números de las sapas y riel se deben usar como: 7 de junio de 2016

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Agujas de 3 ½ pies de longitud y sapa Nro 2 para rieles de 20,30 y 40 libras. Agujas de 5 pies de longitud y sapas Nros 2 ½ y 3 para rieles de 20,30 y 40 libras. Agujas de 5 pies de longitud y sapas Nros 3 y 4 para rieles de 40, 50 y 60 libras. Aguja de 7 ½ pies de longitud y sapas Nros 5 y 6 para rieles de 40,50 y 60 libras. Aguja de 10 pies de longitud y sapa Nro 6 pueden ser utilizadas en lugares de cuidado con alternativa a la aguja de 7 ½ pies con sapa Nro 6. Cambiavíasmás largas se usan, con frecuencias, en las minas en las que encontramos equipo pesado sobre rieles y las velocidades son altas. Los dos primeros durmientes de un cambiavías deben estar espaciados a 20 pulgadas de centro a centro.

EJEMPLO 2: Se tiene las siguientes condiciones de trabajo: 1. Longitud y gradiente de la línea riel del echadero al lugar de llenado de carros: a = 1000 pies a + 0.6% b = 700 pies a - 0.5% c = 300 pies horizontales 2. Tiempos de transporte neto: 6 horas 3. Carros: a = peso = 4000 libras b = cojinetes = bocinas 4. Peso material roto por carro: 6000 libras 5. Número de carros por viaje: 10 6. Locomotora con ruedas de acero 7. Aceleración: 0.1 mphps 8. Factor de seguridad por batería: 25 % 9. Velocidad: Promedio Maxima 10. Resistencias: Locomotora Carros Gradiente

= 2.5 millas/hora = 3.5 millas/hora = 20 libras/tonelada = 30 libras/tonelada = 20 libras/tonelada

Se desea saber: 1. Peso de la locomotora 2. Número de viajes por locomotora por turno 3. Tonelaje transportado por locomotora por turno

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4. Kilowatt/hora de capacidad total de las baterías Solución: 1. Peso de la locomotora: Aplicando:

L=

𝐖(𝐅+𝟐𝟎𝐆+𝟏𝟎𝟎𝐚) 𝟒𝟖𝟎−𝟐𝟎𝒙𝟎.𝟓−𝟏𝟎𝟎𝒙𝟎.𝟏

Dónde: W = (3 + 2) x 10 = 50 toneladas cortas Considerando la gradiente más desfavorable +0.5 para una aceleración de 0.1 mphps L=

50(30+20x0.5+100x0.1) 480−20𝑥0.5−100𝑥0.1

= 5.43 casi 6 toneladas cortas

Comprobación: A. Resistencia unitaria del tren cargado: Aplicando Rt = Rr + (G x 20) = 20 + 0.5 x 20 = 30 lb/ton Resistencia unitaria del tren descargado Aplicando Rt = Rr + (G x 20) = 20 + (0.6 x 20) = 32 lb/ton C.Resistencia del tren cargado: 20 x 6 + 20 x 50 = 1120 libras D. Resistencia del tren vacío: 20 x 6 +20 x 20 = 520 libras E. Fuerza de tracción teórica de la locomotora sin arena: 6 x 0.25 = 1.5 toneladas cortas = 3000 libras F.Porcentaje de fuerza de tracción utilizado: Para tren cargado (100 x 1120)/3000 = 37.3% Para tren descargado (100 x 520)/3000 = 17.3% G.Porcentaje de fuerza para aceleración 100 – 37.7 = 62.3% que excede el 15% min.

2. Número de viajes por locomotora: Considerando un minuto para llenado y otro minuto para vaciado por carro: 10 x 1 + 10 x 1 = 20 minutos por viaje Tiempo de viaje por tren, utilizando la velocidad promedio: 2000 𝑥 2 2.5𝑥(

5280 ) 6

= 18.2 minutos

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Tiempo de viaje o ciclo: 20 + 18.2 = 38.2 minutos Número de viajes por locomotora por turno: (6 x 60/38.2 = 9.42 casi 9 viajes 3. Tonelaje transportado por locomotora por turno: 9 viajes x 10 carros x 3 ton = 270 toneladas cortas 4. Capacidad de batería: El tren viaja en las siguientes condiciones: A. Cargado saliendo de la mina a. 1000 pies a – 0.6% de gradiente b. 700 pies a + 0.5% de gradiente c. 300 pies horizontales B. Descargado, entrando en la mina a. 1000 pies a +0.6% de gradiente b. 700 pies a -0.5% de gradiente c. 300 pies horizontales Para hallar losKw hora de cada sección, usamos la siguiente formula: Kw hora =

T x D (30+20G) 1760000

Dónde: T = Tonelaje total de la carga rodante incluyendo la locomotora, toneladas cortas D = Longitud de cada sección, pies G = Gradiente, por ciento Condición A, cargado: T = 10 x (3 + 2) + 6 = 56 toneladas cortas a. Kw hora = b. Kw hora = c. Kw hora =

56x1000 (30+20(0.5)) 1760000 56x700 (30+20(0.5)) 1760000 56x300 (30+20(0.0)) 1760000

= 0.573

= 0.891 = 0.286

Total Kw hora = 1.750 Descargado: T = 10 x 20 + 6 = 26 toneladas cortas Kw hora = Kw hora = Kw hora =

26x1000 (30+20(+0.6)) 1760000 26x700 (30+20(−0.5)) 1760000 26x300 (30+20(0.0)) 1760000

= 0.620

= 0.414

= 0.133

Total Kw hora = 1.167 Total Kw hora por ciclo = 2.917

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Total Kw hora por turno = 9 x 2.917 = 26.253 Considerando una eficiencia total del 63 % se tiene: Capacidad de batería = 26.253/0.63 = 41.671 kw hora casi 42 kw hora EJEMPLO: 3 Durante 4 horas efectivas se desea transportar 360 tc de mineral económico de la mina asía la tolva de concentradora con carros de 3 000 lbs de capacidad y peso de 1 880 lbs por carro, con ruedas de rodajes cilíndricos; el ciclo durará 10 minutos. La locomotora usa rodajes cónicos; la gradiente es 0,5%. Hallar: • Número de viajes • Toneladas por viaje • Número de carros necesarios • Peso del tren con carga SOLUCION: Grafico

a) DETERMINACION DEL NUMERO DE VIAJES NV = 4/((10min/ciclo)/(60 min/hora) = 24 b) DETERMINACION TONALADAS POR VIAJE Ton/viaje = 360 TC/24 viajes = 15 c) DETERMINACION DEL NUMERO DE CARROS N° carros = (15 * 2 000)/3 000 = 10 d) DETERMINACION DEL PESO DEL TREN CON CARGA Peso tren carga = Pc + PL PC= 10(1 880 + 3 000) = 48 800 lbs = 24 TC PL = (24 * (20 + 10))/(500 - (10 + 10)) = 1,5 TC = 24 + 1,5 = 25,5 TC

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CONCLUSIONES Pueden utilizarse para incrementar la productividad y lograr una ventaja competitiva en el mercado. Independientemente de su posición en el mercado, hoy día ninguna empresa puede descuidar la selección del equipo de manejo y la adopción de métodos mejores y más eficientes para el traslado de los materiales a trabes de la locomotora. Las locomotoras a batería son máquinas muy eficientes para el transporte de material en minería subterránea. Las locomotoras a trolley son equipos que pueden ser utilizados sin correr el riesgo de producir accidentes. Estos utilizan corriente continua. Las locomotoras diésel utilizan fuente de energía producida por un motor de combustión interna.

BIBLIOGRAFIA      

http://www.mineriaagranescala.org/media/COMUNICADO%20DE%20PRENSA%20LOS%20RI ELES%20PARA%20LA%20LOCOMOTORA%20MINERA%20APENAS%20EST%C3%81N%20EN%2 0CONSTRUCCI%C3%93N(1).pdf http://www.gia.se/microsites/Images/Masterbrochure_es_webb_tcm1106-2974901.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Riel http://es.scribd.com/doc/132916979/LOCOMOTORAS-MINERAS http://es.scribd.com/doc/135774359/Locomotoras-BACANBATERIAS LIBRO EQUIPAMIENTO DE MINAS SUBTERRANEAS (MANUEL FUENTES LESCANO)

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