Carguo y TransporteExtraccin Vertical

EDUARDO LATORRE N.PROFESORUNIVERSIDAD DE ATACAMADEPARTAMENTO DE INGENIERA DE MINAS

Extraccin VerticalFue uno de los principales sistemas de extraccin hasta la dcada de los 70s del siglo pasado.

Hoy en da, en Chile, se utiliza principalmente en pequea minera para la extraccin de minerales.

No obstante, an se utiliza en gran minera ya sea para conectar labores de reconocimiento o para el transporte de personal.

Extraccin VerticalSus principales componentes son:

Sistemas de Extraccin VerticalTipo de traccinTambor el cable es almacenado en el tamborPolea Koepe o de friccin el cable pasa sobre el tamborNumero de elementos de transporteUn elementoDos elementos (skip + jaula)Un elemento + 1 contrapesoTipo de gua y frenosMaderaMetlicaCablesTipo de recipienteBalde cnicoSkip automticoJaula para transporte de personal

Sistemas de Extraccin Vertical

Carga tilCarga horaria del sistema:

Carga til total

Carga til por skip o jaulaA: produccin anual de minerala: produccin de estrilc: coeficiente de irregularidad de produccin; 1,25 para jaulas y 1,15 para skipd: das trabajados por aot: horas de trabajo por daH: altura de extraccin, mN: Nmero de skip o jaulastp: tiempo de parada, seg. =25+2,5 Qu (skip) = 10 (jaula volcadora) = 12 (jaula 1 piso) = 30 (jaula 2 pisos)

Tiempo Total de CordadaNmero de cordadas

Tiempo total de cordada

Tiempo Efectivo de cordada

Velocidad Mxima ExtraccinPara transporte de carga con skips o jaulas, la velocidad mxima permitida es:

Segn el tipo de arrollamiento:V= 0,41L (Tambor)V=0,436L (Koepe)Tiempo retardo= 20 seg

Segn el tipo de gua: 10 m/s (madera)15 m/s (acero)20 m/s (cable)

Sin embargo, ms adelante veremos velocidades mximas segn el motor y la distancia de extraccin.

Velocidad Mxima ExtraccinPara el transporte de personas, tenemos:

La aceleracin para cordadas de carga no debe sobrepasar 1 m/seg2La aceleracin para cordadas de personal no debe sobrepasar 0,75 m/seg2

Recipientes de ExtraccinSkips (exclusivos para carga de material)Existen para piques verticales y chiflones.Existen del tipo volcadores y de descarga por el fondo.Las dimensiones interiores de un skip deben tener la siguiente relacin:a : b : h = 1 : 1,2 : 2 a 2,5donde

dondeQu: carga til en t: densidad del mineral en t/m3

Recipientes de ExtraccinSkip Volcador1.- recipiente sin tapa

2.- marco

3.- aparato de suspensin

4.- eje de suspensin

5.- eje de volteo

6.- eje de apoyo

7.- rodillos para provocar volteo

8.- topes para evitar volteo al otro lado

9 y 10.- cerrojo y rodillos para fijar recipiente al marco

Angulo de vuelco: 135

Recipientes de ExtraccinSkip con descarga por el fondo1.- marco

2.- recipiente

3.- eje de suspensin

4.- compuerta de descarga

5.- eje de la compuerta

6.- rodillo de apoyo para compuerta

7.- eje de rodillos de apoyo

8.- rodillos para inclinacin de recipiente al momento de la descarga

La inclinacin del recipiente es de 15

Recipientes de ExtraccinLos skip con descarga por el fondo pueden ser fijos o mviles

Recipientes de Extraccin

Recipientes de ExtraccinSkip para piques inclinados (volcador)

Recipientes de ExtraccinJaulasPermiten la extraccin de material y para servicio (personal y materiales)

Peso de la Jaula:

Qm = (0,9 a 1,25) * Qu

Qu es la carga til mxima a transportar

Recipientes de ExtraccinJaula de varios pisosSkip / JaulaSistema de Guiado

Recipientes de ExtraccinCaractersticas de Skip para extraccin de mineralesCaractersticas de Jaulas para personal y servicios (y vagones con mineral)

Polea de CastilleteEl dimetro de la polea del castillete est dado por la siguiente expresin:

Donde:d: dimetro del cable, mmn: coeficiente = 100 a 120 (cables cerrados) y 80 a 110 (cables toronados): dimetro del alambre del cable, mm

Cables de extraccinCables de ExtraccinUn cable metlico, de forma genrica, puede considerarse compuesto por diversos cordones metlicos dispuestos helicoidalmente alrededor de un alma, que puede ser textil, metlica o mixta. Esta disposicin es tal que su trabajo se comporta como una sola unidad.

La composicin de un cable se expresa en la prctica de forma abreviada, mediante una notacin compuesta por tres signos, cuya forma genrica es: A x B + C siendo A el nmero de cordones o torones; B el nmero de alambres de cada torn y C el nmero de almas textiles. Ejemplo: Un cable constituido por 6 torones de 25 alambres cada cordn, dispuestos alrededor de un alma compuesta por un cordn metlico formado por 7 cordones que contienen 7 hilos cada uno, se representara por:

Cables de ExtraccinTrenzado regular: Resistencia a la distorsin y golpesPara cable de contrapesoTrenzado tipo LangResistencia a la abrasin y mayor flexibilidadPara cables de traccin

Cables de ExtraccinAlmaEs el eje central del cable donde se enrollan los torones. Esta alma puede ser de acero, fibra natural o de polipropileno. Su funcin es servir como base del cable, conservando su redondez, soportando la presin de los torones y manteniendo las distancias o espacios correctos entre ellos.

Almas de Fibras Naturales ("Sisal" o "Manila) se usan en cables de ascensores y de izaje de minas, porque amortiguan las cargas y descargas por aceleraciones o frenadas bruscas. Se recomienda no usar en ambientes hmedos y/o altas temperaturas (sobre 80C).

Cables de ExtraccinCarga de Ruptura

Cables de ExtraccinEsfuerzos en los cablesCarga esttica

: resistencia a la ruptura del cable, 13.000 a 80.000 kg/cm2m: coeficiente de seguridad

Cables de ExtraccinResistencia del pique por guas

= 0,1Qu = carga til a transportar, KgS = seccin del cable, cm2Flexiones sobre los rganos de arrollamiento

E: mdulo de elasticidad del cable, (Kg/mm2): dimetro del hilo en mmCos = 1, como valor lmite (: ngulo de corchado del cable)D: dimetro de arrollamiento de la fibra media del hilo, mmPor seguridad, D/ =1200

Cables de ExtraccinPresiones sobre los rganos de arrollamiento

T: esfuerzo de traccin, KgR: radio de arrollamiento,cm: largo de la superficie de apoyo, cmSe espera que 4 no sobrepase 16 a 20 Kg/cm2Esfuerzo por Torsin

G: mdulo de elasticidad transversal del acero. 7.000 a 9.000nKg/mm2: torsin por unidad de largo, radianes / mm

Cables de ExtraccinTensiones dinmicasSe producen durante la extraccin por:

Movimiento

Conexin del freno de seguridad

Comienzo del ascenso

Acuamiento de la jaula entre guiaderas

Qt: carga mxima suspendida, Kgv: velocidad del cable (cm/seg)x: largo del cable, m

Cables de ExtraccinPara seleccionar un cable de extraccin, basta con determinar el peso unitario del cable.Peso unitario del cable superior de extraccin:Para instalaciones sin cable inferior (o de igual peso)

Para instalaciones con cable inferior pesado

Peso unitario del cable inferior

Con estos valores, se va a los catlogos.H0 es la altura de izado, incluido el castillete. es la relacin entre el peso lineal del cable inferior y el de extraccin.m: coef. seguridad

Cables de ExtraccinPara profundidades sobre 1000 mts, se pueden buscar cables de gran dimetro o utilizar cables escalonados. Su determinacin no ser parte de este curso.

rganos de ArrollamientoPueden ser de radio constante: tambores, poleas Koepe (monocable y multicable)Pueden ser de radio variable: tambores cnicos, cilindrocnicos, bobinas, etc.Para minas poco o medianamente profundas (hasta 650 m) se utilizan tambores cilndricos con una capa de arrollamientoPara minas profundas se utilizan tambores cilndricos de varias capas y/o poleas Koepe.

rganos de ArrollamientoDoble tambor de arrollamiento; 255.000 t/mes; hasta 3000 m de profundidad; velocidad: 18 m/seg; Dimetro cable: 49mm; masa cable: 10,18 Kg/m;

rganos de ArrollamientoPolea Koepe; 10.000 t/dia; hasta 710 m de profundidad; velocidad: 16,5 m/seg; Dimetro cable: 42mm; masa cable: 6,76 Kg/m;

rganos de Arrollamiento

rganos de Arrollamiento

rganos de ArrollamientoDimensionamiento sistema con dos tambores cilndricosDimetro del tamborDt max(1200*, 80*d): dimetro del alambre del cable, mmd: dimetro del cable, mm

Ancho del tambor Donde H: altura de extraccinh: 30m, trozo que se corta durante los ensayos.n: 4 vueltas de rozamiento: intervalo entre dos vueltas seguidas del cable (2 a 3mm)m: nmero de capas de arrollamiento

rganos de ArrollamientoDimensionamiento sistema con un tambor cilndricoAncho del tambor con una capa de arrollamiento

Ancho del tambor con m capas de arrollamiento

h: 45 m.

La relacin Dt / B puede ser:2 a 2,5 (para tambores dobles);1,5 a 2 (para un tambor);

rganos de ArrollamientoDimensionamiento sistema con Polea Koepe Dimetro de Poleas Koepe

d: dimetro del cablen: 100-120 para cables cerrados 80-110 para cables toronados

Ancho de la Polea KoepePara sistema monocable, no es necesario determinar el ancho. Solo se selecciona por dimetro.Para sistema multicable, el ancho de la polea es:

b: distancia entre cables; 10*d (para n4)c: distancia desde centro cable extremo hasta el borde, 50 a 150mmn: nmero de cables sobre la polea

rganos de Arrollamiento

Diseo de InstalacionesAltura del castillete

h1:altura de estacada, 6 a 10m (jaulas) y 10 a 14m (skips)h2: altura jaula o skip con aparato de amarre, mh3: altura de seguridad, 4 a 6m.Rp: radio de polea, mEn caso de haber dos poleas, agregar la distancia entre los ejes de las poleas, que es:

Con h5= 1 a 2 mDp= 2,1 a 5m

Diseo de InstalacionesLa distancia entre ejes de polea y tambor es:

Donde c = 0,6 a 1,2m, y 30b

Diseo de Instalaciones

Cinemtica de la ExtraccinDiagramas de velocidad trapezoidal para jaulas o skip con descarga por el fondo, con motor asincrnico

a1 y a3 estn entre 0,6 y 1 m/seg2

Cinemtica de la ExtraccinDiagramas de velocidad para jaulas o skip con descarga por el fondo con motor de corriente continua (sistema Leonard).

a1 y a3 estn entre 0,6 y 1 m/seg2

Cinemtica de la ExtraccinDiagramas de velocidad para jaula y skip volcadoras con motor asincrnico

v0= 2 a 2,5 m/segve = 1 a 1,5 m/sega1 y a3 estn entre 0,5 y 0,8 m/seg2a0 0,3 m/seg2

Cinemtica de la ExtraccinDiagramas de velocidad para jaula y skip volcadoras con motor Leonard

v0= 2 a 2,5 m/segve = 1 a 1,5 m/sega1 y a3 estn entre 0,5 y 0,8 m/seg2a0 0,3 m/seg2

MotoresExisten los motores Asincrnicos (que utilizan corriente alterna sistema trifsico) y los con sistema Leonard (que utilizan corriente continua).Las ventajas del sistema trifsico son:Simplicidad y menor costo de instalacin.Mayor rendimiento en los perodos de rgimen, por lo que es mejor para piques muy profundosNo hay prdidas en los perodos de parada, por lo que es mejor cuando se deben realizar varias paradas en el trayecto.Las desventajas del sistema trifsico son:Utiliza costosos dispositivos suplementarios (inversores, etc)Mayor prdida de energa en el perodo de arranqueDifcil regulacin de la velocidad, de acuerdo a la carga.No permite recuperar energa durante la extraccinFrenado elctrico ms difcil

Motor AsincrnicoLa potencia del motor puede se determinada bastante bien por la siguiente frmula:

Donde:k: coeficiente de resistencia del pozo, para skip: 1,15; para jaula: 1,2.Qu: carga til (Kg)H: altura de extraccin, m.T: tiempo de una cordada, seg.: caracterstica del rgimen dinmico: 1,4 a 1,5 (jaulas) y 1,2 a 1,4 (skips)e: rendimiento de la transmisin: 0,92 (engranaje simple) y 0,85 (engranaje doble)

Motor AsincrnicoEl nmero de revoluciones del motor asincrnico se determina por la siguiente frmula:

Donde:nt: nmero revoluciones del tambor

i: relacin de reduccin. Si i15 se adopta transmisin doble.

Motor LeonardLa potencia del motor puede se determinada bastante bien por la siguiente frmula:

Donde:

Fm: es la fuerza en peso (Kg) del motor T: tiempo de una cordada, seg.g: rendimiento del motor en rgimen generadore: rendimiento de la transmisin: 0,92 (engranaje simple) y 0,85 (engranaje doble)

Motor LeonardLa energa consumida por el sistema, en el lapso de una cordada, es:

Donde:w es la perdida durante el trabajo en vaco del generador, que constituye cerca del 1,5% de su potencia media

Fuerza del MotorLa seleccin del motor puede ser ms ajustada si calculamos la fuerza que debe superar el motor, en el caso de jaulas o skips con descarga por el fondo:

k: coeficiente de resistencia del pozo: 1,15 (skip) y 1,2 (jaula): p2 p1p1: peso lineal cable extraccin (kg/m)p2: peso lineal cable inferior (kg/m)m = P / gP = Qu + 2Qm +2P1 + P2 + 2Pp + zPt + Pr + PeQm: peso de la jaula o skip, kgP1: peso del cable de extraccin, kgP2:`peso del cable inferior, kgz: nmero de tamboresa: aceleracin del sistema en cada tramo de su curvax: distancia acumulada en cada tramo

Fuerza del MotorPp: Peso reducido polea del castillete, kgSi la polea esta forrada con madera:Si la polea esta forrada con metal:

Pt: Peso reducido del tambor, kgPara tambor nico:Para cada uno de dos tambores:

Pr: Peso reducido del rotor, kg

Se establece por prueba y error, haciendo variar (PD2) del motor seleccionado, hasta que el valor de Pr se estabilice. La relacin de reduccin, i, se dio anteriormente.

Pe: Peso reducido del engranaje, kg. Es 20% de Pr para engranaje simple, y 25 a 40% de Pr para engranaje doble.

Fuerza del MotorEl largo del cable de extraccin est dado por la siguiente expresin:

H: altura de extraccin, mhc: altura del castillete, mL: largo de la cuerda (entre tambor y polea), mhr: largo trozo de reserva, m ( 30m)

El largo del cable inferior est dado por la siguiente expresin:

Fuerza del MotorSe pueden dar tres situaciones, para cada diagrama de velocidad:p2 = 0 (sistema no equilibrado)p1 = p2 (sistema equilibrado)p2 > p1 (sistema con cable inferior pesado)

Fuerza del MotorJaula o skip con descarga por el fondo y motor asincrnicoSistema No Equilibrado

Fuerza del MotorSistema equilibrado

Sistema con cable inferior pesado

Fuerza del MotorJaula o skip con descarga por el fondo y motor LeonardSistema No Equilibrado

Fuerza del MotorSistema equilibrado

Sistema con cable inferior pesado

Fuerza del MotorEl esfuerzo efectivo del motor es:

Donde:

El ltimo miembro de la ecuacin se hace cero si tiene valor negativo.Luego, la potencia efectiva del motor es:

Fuerza del MotorLa energa consumida por el sistema, en el lapso de una cordada, para un motor asincrnico es:

Donde:

El ltimo miembro de la ecuacin se hace cero si tiene valor negativo.m: rendimiento del motor

Fuerza del MotorLa seleccin del motor mediante el clculo de la fuerza que debe superar el motor, en el caso de jaulas o skips volcadoras:

s: coeficiente de desequilibrio en la curva de salida y de descarga. Para t0 es + s; al final de t0 y al principio de te, s=0; al final de te es s. Los valores son:Para skip volcador: 0,35Para jaula volcadora: 0,5Para skip con desviacin del cuerpo durante descarga: 0,15Para skip sin desviacin del cuerpo durante descarga: 0s: coeficiente de descarga, por carga en la curva de descarga y cada de material antes de la parada total del skipPara skip volcador con mineral hmedo: 0,6Para skip volcador con mineral seco: 1Para jaulas volcadoras: 0,6 0,75Para skip con desviacin del cuerpo: 0,45 0,8Para skip sin desviacin del cuerpo: 0,3 0,75

Fuerza del MotorJaula o skip volcadora y motor asincrnicoSistema No Equilibrado

Fuerza del MotorSistema Equilibrado

Fuerza del MotorSistema con cable inferior pesado

Fuerza del MotorPara el caso de jaula o skip volcador con motor Leonard. Se procede tal como se ha hecho hasta ahora.

Tarea para la casa: determinar estas frmulas.

Fuerza del MotorEl esfuerzo efectivo del motor es:

Donde:

Fe tiene valor absoluto

Luego, la potencia efectiva del motor es:

Fuerza del MotorLa energa consumida por el sistema, en el lapso de una cordada, para un motor asincrnico es:

Donde:

El ltimo miembro de la ecuacin se hace cero si tiene valor negativo.m: rendimiento del motor

Sistemas con ContrapesoSe adaptan bien a piques de rea reducida.Mayor maniobrabilidad para explotacin simultanea de varios niveles.Ideal para extraccin con poleas koepe, pues disminuye el peligro de deslizamientos.

El peso del contrapeso debe ser:

El tiempo de extraccin es el doble en comparacin de un sistema con dos skip:

EjemploDeterminar las caractersticas de un sistema de extraccin vertical no equilibrado, compuesto por dos skip de descarga por el fondo, dos tambores cilndricos y un motor trifsico asncrono. El pique solamente ser utilizado para extraccin de mineral.

Datos:Produccin anual (mineral y estril): 130000 t/aoProfundidad: 260 mts (no se considera altura de estacada)Se trabaja 2 turnos de 7 horas por da, 300 das al ao.Densidad del mineral: 1,8 t/m3Las aceleraciones sern a1= 0,8m/s2 y a3= 0,7m/s2Se considerar una capa de arrollamiento en el tamborAltura de estacada 7 m.