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MÉTODOS Y EQUIPOS DE

PERFORACIÓN

Carlos LÓPEZ JIMENODr. Ingeniero de Minas

E.T.S.I de MinasUniversidad Politécnica de Madrid, España

Métodos de excavación

• Manual

• Mecánica• Excavadoras• Martillos hidráulicos

• Rozadoras• Tuneladoras

• Perforación y voladura


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Los métodos de perforación han evolucionado a lo largo del siglo

pasado, desde la ejecución totalmente manual a la actualidad que seefectúan los barrenos de manera totalmente automatizada.

Métodos de perforación

Perforaciónmanual



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Las primeras perforadoras neumáticasaparecieron a finales del siglo XIX


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Perforación rotopercutiva

Martillo en Cabeza, (2 y 3).

Martillo en Fondo, (1).

Perforación rotativa, (4).

Métodos de perforación de rocas


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Métodos de perforación de rocas

Perforación rotopercutivaSarta de perforación


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Herramienta deprueba usada

Fuerza

Penetración

Punta de prueba Herramienta deprueba gastada

REQUERIMIENTOTEÓRICO DE

FUERZA PARA

ROTURA

Mecanismo de rotura


Principios de la perforación

Fuerza de Empuje15.000 N (1,5t)

Fuerza de Impactodel pistón

250.000 N (25t)

Veloc. Rotación250 r/min

Varilla

Manguito

Perforación rotopercutivaPercusión


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Barrena

Pistón

Fuerza ≈ 25t


Percusión

Baja energíaAlta frecuencia

La misma Potencia de Impacto puede obtenerse con …

Alta energíaBaja frecuencia



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2 x longitud de pistón

2 x longitud de pistón


Percusión

Niveles de tensión generados porpistones de la misma masa enmartillos neumáticos e hidráulicos



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La onda pierde algo de su energía, del orden del 6 al 10 % por cadamanguito en la sarta a lo largo del taladro. Esta pérdida es debida en parte a

la diferencia entre el área de la varilla y del manguito, debido a que las caras

de la varilla y del manguito nunca tienen un perfecto ajuste entre ellas.


Percusión

La rotación hace girar la boca entre

impactos sucesivos, tiene como misión

hacer que ésta actúe sobre distintos

puntos de la roca en el fondo del

barreno.

En cada tipo de roca existe una

velocidad óptima de rotación para la cual

se producen los detritos de mayor

tamaño al aprovechar la superficie libre

del hueco que se crea en cada impacto.

Perforación rotopercutivaRotación


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Con el fin de asegurar una buena

transmisión de la energía a la

roca, la boca debe estar en

contacto permanente. Esto se

consigue con la fuerza de empuje

suministrada por un motor o

cilindro de avance, que debe

adecuarse al tipo de roca y boca.

E M P U J E


Empuje

Para que la perforación resulte eficaz, es necesario que el fondo del barreno se

mantenga constantemente limpio evacuando el detritus justo después de su

formación.

Si esto no se realiza, se consumirá una gran cantidad de energía en la trituración de

esas partículas, traduciéndose en desgastes y pérdidas de rendimientos, ademásdel riesgo de atascos.

BARRIDO CONAGUA: DE 0,4 A 1 m/s (0,7 A 1 MPa)

BARRIDO CONAIRE: DE 15 A 30 m/s

Perforación rotopercutivaBarrido


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Barrido

Perforación rotopercutivaPerforación neumática


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Perforación neumática

Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos que una

neumática.

La diferencia más importante entre ambos sistemas

está en la utilización de un motor que actúa sobre un

grupo de bombas que suministran un caudal de

aceite que acciona las componentes de rotación y

movimiento alternativo del pistón.

Perforación rotopercutivaPerforación hidráulica


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1. PISTÓN DE AMORTIGUACIÓN. Presiona el adaptador/sarta de varillaje/boca /contra la roca para que lasbarras estén apretados entre percusiones.

2. CÁMARA DE AMORTIGUACIÓN. Las ondas reflejadas de la roca son absorbidas y convertidas en calor quees absorbido por el sistema hidráulico.

3. PISTÓN DE IMPACTO. Con el mismo área de la sección transversal que el varillaje para transmitir energíacon la máxima eficiencia.

4. ADAPTADOR. Exactamente adaptado al pistón de impacto para transmitir energía con la máximaeficiencia.

5. MOTOR DE ROTACIÓN. Reversible.Más de 200 Nm.

6. CÁMARA DE BARRIDO. Con una presión de barrido de más de 10 bar.

7. JUNTA DE SELLADO. Para prevenir el retroceso del martillo.


Perforación hidráulica

TIPOCOP

1038 HDCOP

1238 MECOP1440

COP1838 ME

COP1838 HF

COP3038

Año 1973 1983 1985 1990 2000 2004

Potencia deimpacto (kW)

12 12 21 18 22 30

Frecuencia deimpacto (Hz) 42-60 40-60 70 90 73 102



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Menor consumo de energía: la utilización de la energía es más eficiente, siendo necesariosólo 1/3 de la que se consume con los equipos neumáticos.

Menor coste de accesorios de perforación: En la práctica, se ha comprobado que la vidaútil de la sarta se incrementa en un 20% para perforadoras hidráulicas.

Mayor capacidad de perforación: Debido a la mejor transmisión de energía de la onda, lasvelocidades de penetración de las perforadoras hidráulicas son de un 50% a un 100%mayores que los equipos neumáticos.

Presión de trabajo: 7,5 a 25 MPa

Frecuencia de golpeo: 2.000 – 5.000 golpes/min

Velocidad de rotación: 0 - 500 r/min

Consumo relativo de aire: 0,6 – 0,9 (m3/min)·cm diámetro

Características típicas

Ventajas

Perforación rotopercutiva /

Perforación hidráulica

Mayor inversión inicial

Reparaciones más complejas y costosas que en las perforadoras neumáticas,requiriéndose una mejor organización y formación de personal de mantenimiento.

Mejores condiciones ambientales: Los niveles de ruido en una perforadora hidráulica sonsensiblemente menores a los generados por una neumática, debido a la ausencia delescape de aire.

Mayor elasticidad de la operación: Es posible variar dentro de la perforadora la presión deaccionamiento del sistema, la energía por golpe y frecuencia de percusión.

Mayor facilidad para la automatización: Estos equipos son mucho más aptos para laautomatización de operaciones, tales como el cambio de varillaje, mecanismosantiatranque, etc.

Inconvenientes

Ventajas


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