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16/04/2015
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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 siglopasado, desde la ejecución totalmente manual a la actualidad que seefectúan los barrenos de manera totalmente automatizada.
Métodos de perforación
Perforación manual
Métodos de perforación
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Las primeras perforadoras neumáticas aparecieron a finales del siglo XIX
Métodos de perforación
1 2 3 4
� 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 de prueba usada
Fuerza
Penetración
Punta de prueba Herramienta de prueba gastada
REQUERIMIENTO
TEÓRICO DE
FUERZA PARA
ROTURA
� Mecanismo de rotura
Perforación rotopercutivaPrincipios de la perforación
Fuerza de Empuje15.000 N (1,5t)
Fuerza de Impacto del pistón
250.000 N (25t)
Veloc. Rotación 250 r/min
Varilla
Manguito
Perforación rotopercutivaPercusión
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Barrena
Pistón
Fuerza ≈ 25 t
Perforación rotopercutivaPercusión
Baja energía Alta frecuencia
La misma Potencia de Impacto puede obtenerse con …
Alta energía Baja frecuencia
Perforación rotopercutivaPercusión
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2 x longitud de pistón
� Niveles de tensión en la onda de choque
2 x longitud de pistón
Perforación rotopercutivaPercusión
Niveles de tensión generados porpistones de la misma masa enmartillos neumáticos e hidráulicos
� Niveles de tensión en la onda de choque
Perforación rotopercutivaPercusión
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La onda pierde algo de su energía, del orden del 6 al 10 % por cada
manguito 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.
� Pérdidas de energía
Perforación rotopercutivaPercusión
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.
80 - 150 r/min
40 - 60 r/min
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. PRESIÓN DE
PERCUSIÓN BAJA
PRESIÓN DE
PERCUSIÓN ALTA
EM
PU
JE
Perforación rotopercutivaEmpuje
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, además
del riesgo de atascos.
BARRIDO CON AGUA: DE 0,4 A 1 m/s (0,7 A 1 MPa)
BARRIDO CON AIRE: DE 15 A 30 m/s
Perforación rotopercutivaBarrido
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� Empaquetaduras
� Barrido lateral
Perforación rotopercutivaBarrido
� Rotación por barra estriada
Perforación rotopercutivaPerforación neumática
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� Rotación independiente
Perforación rotopercutivaPerforación neumática
Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos que una
neumática.
� Principios
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 rotopercutivaPerforación hidráulica
TIPOCOP
1038 HDCOP
1238 MECOP1440
COP1838 ME
COP1838 HF
COP 3038
Año 1973 1983 1985 1990 2000 2004
Potencia de impacto (kW)
12 12 21 18 22 30
Frecuencia de impacto (Hz)
42-60 40-60 70 90 73 102
Perforación rotopercutivaPerforación hidráulica
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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
Perforación rotopercutivaPerforación hidráulica