Perforadoras y Equipos de Compresión: Funcionamiento y Mantenimiento

Perforadoras: Consideraciones Generales

Arranque

El arranque consiste en la fragmentación del macizo rocoso a un tamaño que permite que el material pueda ser manipulado con el sistema posterior de carga y transporte. El arranque se puede realizar de forma directa o bien por medio de la voladura con explosivos (perforación o voladura). Se decide por el método más económico posible. Ejemplo: si se utiliza una voladura para el caso del arranque de rocas duras, se utiliza una rotopala para realizar el arranque en forma directa de roca blanda.

Perforación

Mediante la operación de perforación se penetra en la roca produciendo una cavidad cilíndrica, para colocar posteriormente los explosivos, siendo los objetivos principales, en este caso, el de conseguir una óptima distribución geométrica de la energía del explosivo en el macizo a volar. Se pueden distinguir varios métodos de perforación según sea para explotación, exploración u obras auxiliares. En los casos de exploración, los objetivos pueden ser:

• Tomas de muestras de polvo para análisis.
• Drenar un flujo de líquido.
• Explotar un flujo de agua.
• Cimentar fundaciones civiles.

El método de perforación se selecciona en función de la resistencia de la roca, siendo los de mayor aplicación los de ataque mecánico por perforación.

Operaciones de la Perforadora

Se compone de dos fases simultáneas:

1. Fractura del material de la roca.
2. Remoción del detrito.

Tipos de Perforadoras

Por su forma de trabajar, las perforadoras pueden ser de dos tipos: de percusión o de rotación.

Principales Componentes de una Perforadora

1. Máquina o cuerpo principal: Este componente transforma la energía primaria en una fuerza de impacto y en un par de rotación. La energía primaria es suministrada por un equipo motriz.
2. Barra: La barra transmite el movimiento de la máquina a la herramienta. Se incluyen también barras prolongadoras.
3. Útiles o herramientas: Es la pieza que hace contacto con la superficie de la roca (broca, punta, cincel).
4. Fluido de circulación: Sus funciones son:

• Extraer el detrito producido por el avance del útil, manteniendo limpio el orificio de perforación.
• Refrigerar la broca.
• Controlar el polvo producido.

Sala de Compresores y Depósitos de Aire Comprimido

Sala de Compresores

La sala de compresores comprende un local en el cual se encuentran los siguientes equipos: compresores, refrigerador posterior, filtro de aire, tablero de control con los mandos de regulación automática. El lugar de emplazamiento de la sala de compresores debe encontrarse en la parte más fría de la fábrica y equidistante de los puntos de consumo del aire comprimido.

Depósitos

Es el recipiente en el cual se almacena el aire comprimido. Debe encontrarse en el exterior de la sala de compresores por motivos de seguridad y a la sombra, dado que se trata de recipientes a presión. El local de la sala de compresores debe estar bien ventilado, libre de polvo y mantenido a una temperatura menor de 30 °C. Los compresores pequeños aspiran aire dentro de la sala, mientras que los compresores grandes aspiran el aire a través de un tubo de aspiración que sale al exterior.

Mantenimiento de los Compresores

Diariamente:

• Controlar el nivel de aceite del cárter.
• Limpiar el filtro de aire o de admisión de aire.
• Controlar que el motor esté bien lubricado.
• Purgar el depósito del aire comprimido de agua condensada.

Semanalmente:

• Limpiar las aletas de los cilindros del refrigerador intermedio.

Cada dos meses o 500 horas de trabajo:

• Limpiar el aceite del cárter.

Cada 3 meses:

• Lubricar los motores eléctricos.
• Controlar la tensión de las correas de transmisión.
• Controlar y ajustar las tuercas de anclaje.

Anual:

• Cambio de grasas en los órganos de transmisión.

Depósitos de Aire Comprimido

Las principales funciones de los depósitos de aire comprimido son:

• Acumular el aire comprimido, o sea, el almacenamiento de aire comprimido proveniente de los compresores.
• Equilibrar las pulsaciones de aire comprimido procedentes del compresor.
• Refrigerar el aire aún más.
• Recoger el aceite y el agua condensada (de la humedad del aire).

Los depósitos pueden ser horizontales o verticales. En ambos casos, consisten en un cuerpo cilíndrico con extremos en forma de bóveda. Están construidos de chapas de acero y están equipados con: manómetro, válvula de seguridad que permite la evacuación total del aire, grifo de purga del aceite y agua, orificio de limpieza. La capacidad de los depósitos es proporcional al caudal de aire comprimido proveniente del compresor y, por lo tanto, a la potencia del compresor.

Perforadoras de Percusión

El útil o herramienta impacta la roca mediante un martillo, rebotando intermitentemente sobre puntos muy próximos entre sí como resultado de la rotación del útil. La penetración en la roca se produce por la fuerza del impacto del útil y no por el torque de rotación. La energía que utilizan las perforadoras puede ser energía neumática o energía eléctrica. El fluido de circulación puede ser aire comprimido o agua. Las perforadoras se clasifican en perforadoras de percusión a pistón y en perforadoras de percusión a martillo. Las perforadoras a martillo pueden ser por rotación interna o externa.

Perforadoras de Percusión a Martillo por Rotación Interna

Es la más usada. Esta perforadora se utiliza para perforar cavidades de diámetro de 2,5” a 6” y profundidades de hasta 2 m. La velocidad de avance del útil es de 2 a 10 m/h. El pistón rota en contacto con las estrías interiores helicoidales del cuerpo principal y provoca la rotación de la barra. Mediante unos dientes longitudinales encastrados en las estrías axiales de la barra, el pistón transmite su movimiento de rotación a la barra y a la herramienta. Debido al cambio de sentido de movimiento axial del pistón, la rotación de la barra es intermitente. Al final de su recorrido, el pistón, que actúa como martillo, golpea sobre el yunque. Esta perforadora puede realizar hasta 2000 golpes/min. Mediante una palanca se puede invertir el sentido de la rotación para cambiar o desacoplar la barra.

Perforadora de Percusión a Martillo por Rotación Externa

El movimiento a martillo se realiza de igual manera que en la perforadora de rotación interna. La rotación de la barra se realiza mediante accionamiento exterior con motor a aire comprimido a través de una caja reductora. El motor puede ser regulado para rotación continua o intermitente mediante pulsación de aire comprimido controladas por una válvula.

Brocas

Consisten en un cuerpo provisto de elementos cortantes insertos en la cara frontal del cuerpo. Están diseñadas para que puedan ser acopladas a la barra. Para las perforadoras de percusión se utilizan 3 tipos de broca:

1. De cincel: para perforadoras manuales.
2. En cruz.
3. De botones.

Broca en Cruz

Es la más usada. Está provista de cuatro insertos cortantes similares a la punta de un cincel con un canto de trabajo aplanado. El canto hace contacto con la superficie de la roca a atacar. El cuerpo de la broca es de acero aleado. Los insertos de WIDIA son piezas sinterizadas de carburo de tungsteno.

En el diseño de la broca en cruz hay que tener en cuenta el costo y la facilidad con que se pueden afilar los insertos. El cuerpo de la broca posee rebajes tallados que permiten la salida de los detritos. El diámetro máximo de la broca está dado por la distancia entre las caras exteriores de dos insertos opuestos. Este diámetro máximo evita que la broca se atore en la cavidad que se está perforando. En la broca en cruz, los insertos se encuentran a 90°. Esta broca se utiliza para perforar cavidades de diámetro menor o igual a 57 mm. El ángulo de corte de los insertos es normalmente de 90°, pero para rocas muy duras puede llegar hasta 120°. El desgaste de los insertos es desparejo; en la zona central es menor que en la zona periférica. Los insertos no deben sobresalir del diámetro exterior del cuerpo. En general, después de algunos reafilados, las brocas se descartan. El flujo de agua tiene que ser intenso para remover al máximo el material rocoso ya separado (el detrito) y así disminuir el consumo de energía, evitando romper nuevamente dicho material y también impedir la formación de un anillo de barro adherido a la pared de la cavidad.

También se puede soplar aire comprimido para reforzar la función del agua. El diseño de la broca tiene que permitir que la misma pueda ser extraída con facilidad a través del detrito perforado.

Tipos de Conexiones de Brocas

Existen dos tipos de conexiones:

1. Conexión a rosca: Puede ser de dos tipos, A y B.
2. Con asiento cónico: Este tipo de conexión se utiliza para brocas pequeñas.

Conexión a Rosca Tipo A

El extremo de la barra hace contacto con el fondo de la entrada de la broca. En esta conexión, el golpe del martillo se transmite desde el extremo de la barra a la parte central de la broca.

Conexión a Rosca Tipo B

En esta conexión, la cara posterior de la broca se asienta sobre el canto de la base de la rosca de la barra. En esta broca, el golpe de martillo se transmite sobre la parte periférica de la broca.

Conexión con Asiento Cónico

La barra con extremo cónico se encuentra dentro de una entrada cónica.