Perforación con Martillo en Fondo: Funcionamiento y Ventajas

Funcionamiento del Martillo en Fondo

El funcionamiento de un martillo en fondo se basa en que el pistón golpea directamente a la boca de perforación. El fluido de accionamiento es aire comprimido, que se suministra a través de un tubo que constituye el soporte y hace girar al martillo. La rotación es efectuada por un simple motor neumático o hidráulico montado en el carro situado en superficie, lo mismo que el sistema de avance. La limpieza del detritus se efectúa por el escape del aire del martillo a través de los orificios de la boca. En los martillos en fondo, generalmente la frecuencia de golpeo oscila entre 600 y 1600 golpes por minuto. El diseño actual de los martillos en fondo es mucho más simple que el de los primitivos, que incorporaban una válvula de mariposa para dirigir el aire alternativamente a la parte superior del pistón. Los martillos sin válvulas son accionados por las nervaduras o resaltes del propio pistón, permitiendo aumentar el consumo de aire y el riesgo de dieselización. Para evitar la entrada del agua por efecto de la presión hidráulica, los martillos pueden disponer de una válvula antirretorno en la admisión del aire.

La relación carrera/diámetro del pistón en los martillos en cabeza es menor o igual a 1, pero en los martillos en fondo, como las dimensiones del pistón están limitadas por el diámetro del barreno, para obtener la suficiente energía por golpe, la relación anterior es del orden de 1,6 a 2,5 en los calibres pequeños y tendiendo a 1 en los grandes.

La sujeción de las bocas al martillo se realiza por dos sistemas: el primero, a modo de bayoneta, consiste en introducir la boca en el martillo y girarla en un sentido, normalmente a izquierda, quedando así retenida; el segundo, mediante el empleo de elementos retenedores, semianillas o pesadores.

Cuando se perfora una formación rocosa en presencia de agua, debe disponerse de un compresor con suficiente presión de aire para proceder en determinados momentos a su evacuación. De lo contrario, el peso de la columna de agua hará caer el rendimiento de perforación.

Ventajas de la Perforación con Martillo en Fondo

Las ventajas de la perforación con martillo en fondo, frente a otros sistemas, son:

• La velocidad de penetración se mantiene prácticamente constante a medida que aumenta la profundidad de los barrenos.
• Los desgastes de las bocas son menores que con martillo en cabeza, debido a que el aire de accionamiento que pasa a través de la boca, limpiando la superficie del fondo, asciende eficazmente por el pequeño espacio anular que queda entre la tubería y la pared del barreno.
• Vida más larga de los tubos que de las varillas y manguitos.
• Desviaciones de los barrenos muy pequeñas, por lo que son apropiados para taladros de gran longitud.
• La menor energía por impacto y la alta frecuencia de golpeo favorecen su empleo en formaciones descompuestas o con estratificación desfavorable.
• Se precisa un par y una velocidad de rotación menores que en otros métodos de perforación.
• No se necesitan barras de carga y con carros de pequeña envergadura es posible perforar barrenos de gran diámetro a profundidades elevadas.
• El costo por metro lineal es, en diámetros grandes y rocas muy duras, menor que con perforación rotativa.
• El consumo de aire es más bajo que con martillo en cabeza neumático.
• El nivel de ruido en la zona de trabajo es inferior al estar el martillo dentro de los barrenos.

Inconvenientes del Martillo en Fondo

Por el contrario, los inconvenientes que presenta son:

• Velocidades de penetración bajas.
• Cada martillo está diseñado para una gama de diámetros muy estrecha que oscila en unos 12 mm.
• El diámetro más pequeño está limitado por las dimensiones del martillo con un rendimiento aceptable, que en la actualidad es de unos 76 mm.
• Existe un riesgo de pérdida del martillo dentro de los barrenos por atranques y desprendimientos del mismo.
• Se precisan compresores de alta presión con elevados consumos energéticos.

En la actualidad, el sistema de martillo en fondo en el rango de 76 a 125 mm está siendo desplazado por la perforación hidráulica con martillo en cabeza.

Comparativa entre Perforadoras Neumáticas e Hidráulicas

Ventajas de las Perforadoras Neumáticas

• Gran simplicidad.
• Fiabilidad y bajo mantenimiento.
• Facilidad de reparación.
• Precios de adquisición bajos y posibilidad de utilización de antiguas instalaciones de aire comprimido en explotaciones subterráneas.

Perforadoras Hidráulicas

Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos que una neumática. La diferencia más importante entre ambos sistemas es que, en lugar de utilizar aire comprimido, usa aceite para el gobierno del motor de rotación y para producir el movimiento alternativo del pistón. Un motor actúa sobre un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite que acciona aquellos componentes.

Razones por las que una Perforadora Hidráulica es Mejor que una Neumática

1. Menor consumo de energía: Las perforadoras hidráulicas trabajan con fluidos a presiones muy superiores a las accionadas neumáticamente y, además, las caídas de presión son mucho menores. Se utiliza, pues, de una forma más eficiente la energía, siendo lo necesario por metro perforado un tercio de lo que consumen los equipos neumáticos.
2. Menor coste de accesorios de perforación: La transmisión de energía en los martillos hidráulicos se efectúa por medio de pistones más alargados y de menor diámetro que los correspondientes a los martillos neumáticos. La fatiga generada en el varillaje depende de las secciones de este y del tamaño del pistón de golpeo, pues la forma de la onda de choque es mucho más limpia y uniforme en los martillos hidráulicos que en los neumáticos, donde se producen niveles de tensión muy elevados que son el origen de la fatiga sobre el acero y de una serie de ondas secundarias de bajo contenido energético. En la práctica, se ha comprobado que la vida útil del varillaje se incrementa para las perforadoras hidráulicas un 20%.
3. Mayor capacidad de perforación: Debido a la mejor transmisión de energía y forma de la onda, las velocidades de penetración hidráulicas son de un 50 a un 100% mayores que las de equipos neumáticos.
4. Mejores condiciones ambientales: Los niveles de ruido de una perforadora hidráulica son sensiblemente menores a los generados por una neumática, debido a la ausencia del escape del aire. Principalmente, esto es así en el campo de las bajas frecuencias. Además, en las labores subterráneas no se produce la niebla de agua y aceite en el aire del frente, mejorando el ambiente y la visibilidad del operario. También ha permitido un diseño más ergonómico de los equipos, haciendo que las condiciones generales de trabajo y seguridad sean más favorables.
5. Mayor elasticidad de la operación: Es posible variar dentro de la perforadora la presión de accionamiento del sistema y la energía por golpe y frecuencia de perforación.
6. Mayor facilidad para automatización: Estos equipos son mucho más aptos para la automatización de operaciones tales como el cambio de varillaje, mecanismo antiexplosión, etc.

Desventajas de las Perforadoras Hidráulicas

• Necesitan una mayor inversión inicial.
• Reparaciones más costosas y complejas, requiriéndose una mejor organización y formación del personal de mantenimiento.

Factores que Afectan la Velocidad de Penetración

La velocidad de penetración conseguida por un equipo rotopercutivo depende de los siguientes factores:

• Características geomecánicas, mineralógicas y de abrasividad de las rocas.
• Potencia de percusión de la perforadora.
• Diámetro del barreno.
• Empuje sobre la boca.
• Longitud de perforación.
• Limpieza del fondo del barreno.
• Diseño del equipo y condiciones de trabajo.
• Eficiencia de la operación.