Maq Min 6 Transporte Sobre Rieles

Transporte sobre rieles Locomotoras, Carros mineros Mallqui Tapia, Aníbal Nemesio Ingeniero de Minas

CIP 22355

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IX.- TRANSPORTE 9.1.- Definición Es el conjunto de instalaciones, mecanismos, personal y normas que sirven para trasladar el mineral fragmentado, materiales, herramientas, personal, etc. de un lugar a otro, tanto en trabajos subterráneos, superficiales como subacuáticos. Este transporte puede ser horizontal, inclinado, vertical o combinado. Existen 2 grupos claramente definidos: a. De flujo contínuo (fajas transportadoras, cable carril, tuberías, etc.). b. Pendular (Izaje, sobre rieles, sin rieles, etc.) En Minería, el transporte generalmente es combinado: Ore pass – carro minero – izaje - cable carril Draw point – LHD – volquete – fajas transportadoras; Otros.

Transporte sobre rieles 9. Locomotora de Trole a) Definición Es una pértiga o un pantógrafo instalado sobre la locomotora eléctrica, provisto de un sistema de muelles que lo aplican por su extremo libre contra el cable eléctrico instalado debajo del techo de la galería, merced a una polea en cuya garganta entra el mismo, para tomar la energía eléctrica (corriente contínua) destinada a los motores, la misma que es transferida mediante un cable aislado.

b) Características Sus motores son accionados al hacer contacto el cable conductor aéreo o cable de trole (+) con la línea riel (-) a través de una roldana o zapata de la pértiga (o trole). Existen locomotoras con dos líneas de catenaria, ambas suspendidas paralelamente. En este caso, la línea riel ya no es utilizada para conducir la corriente eléctrica (-) y el pantógrafo consta de dos roldanas o zapatas.

c) Requerimientos Corriente continua de 220 - 255 V.

d) Componentes del sistema Generador o transformador de corriente contínua. • Cable conductor aéreo o cable de trole.- Material de cobre. Es de sección transversal en forma de 8 para su fácil instalación mediante grampas, aisladores y varillas de anclaje en taladros apropiados. • Línea riel o Decauville, cuyas eclisas deben ser soldadas a ambas rieles con trozos de alambre de cobre para evitar las resistencias eléctricas, que en algunos casos puede ser muy elevado.

Soldadura por aluminotermia Resistencia despreciable Eclisado por cables soldados 30 a 40 microohmios Eclisado con alambre - perno 200 a 280 microohmios  Automático, que desconecta el pase de corriente cuando se producen corto circuito y los vuelve a conectar automáticamente después de un tiempo predeterminado.  Pértiga, contacto móvil, pantógrafo o trolley, ubicada sobre la locomotora, que cierra el circuito al haber contacto con el cable conductor o lo abre en caso contrario. Es accionado manualmente por el operador de locomotora. La posición adecuada de la pértiga es en sentido contrario al movimiento de la locomotora.

9.2.3.- Locomotora de acumuladores o de baterías a) Definición Se denomina así porque para su accionamiento requiere de energía eléctrica contínua cedida por baterías que pueden ser de plomo (o de ácido) o de ferroníquel (o alcalinas) conectados en paralelo (normalmente requiere 24 V) y que son transportados por la misma locomotora. Periódicamente son recargados en las Estaciones de Carguío de Baterías.

b) Características El acumulador de plomo (o de ácido) está compuesto por celdas de 2 placas de plomo c/u y bañados en ácido sulfúrico. Cada celda produce 2 voltios. El acumulador de ferroníquel (o alcalino) es menos pesado y menos voluminoso. Cada celda está constituida por placas de níquel y zinc con una solución de potasa y agua destilada. Cada celda produce 2,5 voltios. Toda locomotora debe contar con 2 juegos de baterías: uno en operación y otro en carga.

9.2.4.-Locomotora de aire comprimido a) Definición Se denomina así al tipo de locomotora que requiere aire comprimido para el accionamiento de sus motores. b)Características Cuenta con unos recipientes o botellas de aire comprimido de 700 litros de capacidad que son transportados por la locomotora, para su accionamiento. El aire comprimido en los cilindros (con una presión de 2 000 a 3 000 psi) pasa a una cámara de expansión donde es reducida a 200 ó 300 psi y recién accionan a los motores neumáticos. Requiere de instalaciones especiales de aire a alta presión para su transvase a los cilindros.

9.2.5.- Locomotora diesel a) Definición Son maquinarias que cuentan con motores accionados por petróleo, con las consiguientes emanaciones de humos y gases. b) Características Deben contar con extinguidores contra fuegos. Deben trabajar en zonas con sistemas de ventilación adecuados.

Carros mineros a) Definición Son tolvas metálicas acondicionadas sobre un chasis utilizadas para transportar el mineral por las galerías. Deben satisfacer condiciones geométricas, de resistencia y económicas.

b) Composición

Caja, que contiene al material; actualmente son de planchas de acero (dulce o galvanizado) o soldados. El acero utilizado es A-7 y A-R (común y de alta resistencia, respectivamente) con espesores de ¼ a 31/64 pulgadas (6,4 a 12 mm). Chasis o truque, constituido por dos largueros en U soldados a viguetas transversales y que contienen a las ruedas, enganches, etc. y a la caja.

c) Tipos de carros más comunes: c.1.) De vaciado frontal o tipo cuchara. Es de construcción liviana, para operación manual, de volteo frontal con un radio de giro de 360°, al contar con una tornamesa para el efecto. Su capacidad es de 0,50 m3, para trocha de 20 pulgadas (500 mm). TIPO

ALTURA

TOLVA ANCHO

TOLVA LARGO PESO TOTAL

C-17

0.66 m

0.76 m

1.22 m

300 Kg

Existen de gran capacidad (10 ton) que requieren dispositivos especiales para su volteo (tecles, winches), los mismos que requieren gran sección para su operación.

c.2.) De vaciado lateral tipo V. Está diseñado para trabajos pesados y de acarreo rápido, con refuerzos para ello. Sus ruedas de 14 pulgadas de diámetro (35 cm) aseguran estabilidad en operaciones rápidas. Cuentan con seguro de volteo que es accionado con el pie y que permite que la tolva sea volteada solamente hacia el lado opuesto del operador. Pueden ser volteados a ambos lados. TIPO

ALTURA

TOLVA ANCHO TOLVA LARGO

PESO TOTAL

V-25

0.79 m

0.95 m

1.46 m

720 Kg

V-40

0.81 m

0.97 m

1.91 m

874 Kg

V-60

0.97 m

1.14 m

2.13 m

1090 Kg

c.3.) De vaciado lateral tipo U Es el más difundido por su facilidad para ser accionado manualmente o con locomotora. Cuentan con seguro de volteo que es accionado con el pie y que permite que la tolva sea volteada solamente hacia el lado opuesto del operador. Pueden ser volteados a ambos lados. TIPO

ALTURA

TOLVA ANCHO

TOLVA LARGO

PESO TOTAL

U-24

0.81 m

0.71 m

1.22 m

428 Kg

U-27

0.81 m

0.71 m

1.52 m

475 Kg

U-35

0.89 m

0.81 m

1.52 m

500 Kg

c.4.) Tipo Gable (caja fija y puertas laterales) Que tienen la base del cajón en forma de “V” invertida a 45°. Cuenta con puertas laterales para descargar sin necesidad de voltear el carro; basta solamente abrirlas manualmente y el mineral cae por sí mismo. Sobre pedido, se fabrica con apertura automática de las puertas laterales. TIPO

ALTURA

TOLVA LARGO 0.98 m

PESO TOTAL

0.84 m

TOLVA ANCHO 0.76 m

G-18 G-40

1.10 m

1.07 m

1.74 m

840 Kg

G-60

1.25 m

1.07 m

1.74 m

1050 Kg

450 Kg

C.5.) Tipo Granby (caja móvil y puerta lateral)

Cuyo volteo a un solo lado es por brazos girables, gracias a una quinta rueda lateral que se desplaza sobre una rampa paralela a la vía, en la zona de descarguío. Sus capacidades varían de 60 a 120 pies cúbicos. Existen para trochas de 24 a 36 pulgadas. Existen carros tipo granby que son volteados lateralmente con tecles y/o winchas. C.6.) De descarga por el fondo

• El fondo de la tolva pivotea alrededor de un eje horizontal fijada al chasis. Al llegar a la zona de descarguío, el fondo de la tolva se abre hacia abajo liberando al mineral; al continuar el avance del carro, una rampa dispuesta convenientemente vuelve a colocar la (s) compuerta (s) en su lugar, sin intervención del motorista o ayudante.

9.2.7.- Línea riel o línea decauville Es una vía constituida por barras metálicas de perfil apropiado, ensambladas con platinas metálicas (eclisas) y pernos rieleros sobre durmientes y balasto Es un medio que permite a la locomotora y/o carros mineros trasladarse de un punto a otro, constituido por barras metálicas de perfil apropiado, ensamblados con platinas metálicas (eclisas) y pernos sobre durmientes y balasto. Existen rieles De patín, De garganta y de Doble cabeza. Las más utilizadas en minería son del tipo Patín. Normalmente se usan rieles de 10 m de longitud con dos orificios en el alma y en cada extremo, oscilando su peso entre 8 y 10 ld/yd.

Su elección considera el peso del tren y carga, intensidad del tráfico, tipo de terreno y espaciamiento entre durmientes: PESO LOCOMOTORA (Ton)

4

6

10

15

20

PESO RECOMENDADO (lb/yd)

30

35

40

50

60

9.2.8.- Trocha Es la separación de las caras interiores de las cabezas entre rieles paralelas. Se usan trochas de 18 y 24 pulgadas. Se usa el Escantillón o Galibo para controlar la trocha en el tendido de una vía, mantenimiento o reparación. 9.2.9.- Peralte Es la diferencia de cota entre las dos rieles en las curvas, a fin de contrarrestar la fuerza centrífuga. El carril exterior se peralta una altura h. El Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional en Minería en sus artículos 312 a 314 y de 408 a 410 expresa lo relacionado a Diseño, instalación y mantenimiento de ferrocarriles y transporte subterráneo.

9.2.11.- Cálculos de Transporte Sobre Rieles 1. Esfuerzo tractor necesario En = (PL * (Rr + Rg)) + (PC * (Rr + Rg)) Donde: En = Fuerza máxima utilizada por la locomotora para efectuar un trabajo, es decir poner en movimiento su propio peso y el peso del convoy; lbs PL = Peso de la locomotora; TC Rr = Coeficiente de resistencia debido al frotamiento de la rueda con el carril, a la resistencia del aire y principalmente a la fricción de las ruedas con el eje debido al tipo de rodajes con que cuenta, sea de la locomotora o de los carros.

Rodajes cónicos = 10 lbs/TC Rodajes cilíndricos = 15 a 20 lbs/TC Rodajes de bolas = 30 lbs/TC + = Significa que se suma cuando el tren se desplaza con gradiente positiva y se resta en caso contrario. Rg = Coeficiente de resistencia debido a la gradiente de la vía. En la práctica, se considera 20 lbs/TC por cada 1% de gradiente, es decir: Rg = 8 lb/TC para gradiente de 0,4% Rg = 10 lb/TC para gradiente de 0,5% PC = Peso del convoy; TC

2. Peso del convoy PC = N * (Pc + Pm) Donde: N = Número de carros Pc = Peso de cada carro vacío; TC Pm = Peso del mineral en cada carro; TC 3. Peso de la locomotora PL = (PC * (Rr + Rg))convoy/(500 - (Rr + Rg))locomotora; TC Nota: Las resistencias se suman en ambos casos, porque se trata de hallar el peso que en subida o en bajada no puede ser mayor ni menor.

4. Número de viajes por guardia NV/gdia = (Horas efectivas de trabajo)/(hora/ciclo) 5. Tonelaje por viaje Ton/viaje = (Ton/gdia)/(NV/gdia); TC 6. Número de carros Ncarros = (Ton/viaje)/(capacidad carro) 7. Potencia del motor HP = (En * V)/(375 * e) Donde: En = Esfuerzo necesario (vacío o con carga); lbs V= Velocidad; milla/hora

(Km/hora)/1.609 milla/hora

e = Eficiencia del motor; oscila entre 0,7 a 0,9

8. Consumo de corriente eléctrica convoy con mineral Watt-hora = (Distancia * En)/ 1 760 Donde: Distancia = Longitud recorrida; pies En = Esfuerzo necesario de tren con carga; lbs 1 760 = Constante para tranformar a watt-hora 9. Consumo de corriente eléctrica convoy vacío Watt-hora = (Distancia * En)/ 1 760 Donde: En = Esfuerzo necesario de tren vacío; lbs

10. Resistencia eléctrica de eclisado Ohmios = Número de rieles * Resistencia de eclisa; ohm Donde:

Número de rieles = Sus empalmes determinarán el número de eclisas a utilizar. Resistencia de cada eclisa = Resistencia eléctrica de cada eclisa en función al tipo de fijación de la misma: Eclisado por soldadura aluminotérmica despreciable Eclisado por soldadura convencional

30 a 40 ohm

Eclisado convencional (con pernos)

200 a 280 ohm

11. Peralte * Peralte = (5 * V2)/R Donde:

Peralte = Pendiente lateral de la vía o diferencia de cota entre las rieles en curvas; mm V= Velocidad del tren; km/hora R = Radio de curvatura; m * Según Tratado de Laboreo de Minas por H. Fritzche. Tomo I - Pág. 356

Del Ore pass, un convoy de 10 carros transporta mineral económico a la tolva en cancha y allí es cargado con relleno que lo transportará y descargará en el Waste pass, distante 530 m. Los parámetros son: Tiempo efectivo de trabajo 6 horas Gradiente de la vía 0,4% Peso de cada carro vacío 1 800 lbs

Capacidad de cada carro 3 315 lbs mineral económico, 2 300 lbs relleno. Eficiencia del motor 0,90 Velocidad media del tren 9 km/hora Carros con rodajes de bolas Locomotora con rodajes cilíndricos Tiempo de cada ciclo (mineral - relleno) 25 minutos Hallar: 1. Número de viajes por guardia 2. Peso de con voy con mineral 3. Peso del convoy con relleno 4. Peso del tren con mineral 5. Peso del tren con relleno

6. Tonelaje de mineral por viaje 7. Tonelaje de relleno por viaje 8. Esfuerzo Tractor Necesario con mineral 9. Esfuerzo Tractor Necesario con relleno 10. Potencia del motor con mineral 11. Potencia del motor con relleno 12. Consumo de corriente eléctrica con mineral 13. Consumo de corriente eléctrica con relleno 14. Consumo de corriente eléctrica por ciclo

Solución: 1. NV/gdia = 6/(25/60) = 14,4 2. Peso convoy con mineral = 10 * (1 800 + 3 315) = 51.150 lbs = 25,58 TC 3. Peso convoy con relleno = 10 * (1 800 + 2 300) = 41.000 lbs = 20,50 TC

4. Peso tren con mineral = PL + PC PL = (25,58 * (30 + 8))/(500 - (20 + 8) = 2,06 TC Ptren = 2,06 + 25,58 = 27,64 5. Peso tren con relleno = 20,5 + 2,06 = 22,56 TC 6. Ton/viaje mineral = 10 * (3,315/2 000) = 16,58 TC 7. Ton/viaje relleno = 10 * (2 300/2 000) = 11,50 TC 8. Esfuerzo con mineral = (2,06 * (20 - 8) + (25,58 * (30 - 8) = 587,48 lbs 9. Esfuerzo con relleno = (2,06 * (20 + 8) + (20,50 * (30 + 8) = 836,68 lbs 10. Potencia motor mineral = (587,48 * (9/1.60932)/(375 * 0,9) = 9,7 HP 11. Potencia motor relleno = (836,68 * (9/1,60932)/(375 * 0,9) = 13,86 HP 12. Corriente eléctrica mineral = ((530 * 3,28) * 587,48)/1 760 = 580,27 watt-hora 13. Corriente eléctrica relleno = ((530 * 2,28) * 836,68)/1 760 = 826,41 watt-hora 14. Corriente eléctrica ciclo = 580,27 + 826,41 = 1406,68 watt-hora

Ejercicio No. 2 Un tren en interior mina transporta mineral desde el OP 370 hasta el OP 332, recorriendo tramos de vía con diferentes gradientes, como se muestra en el croquis:

El peso de la locomotora es de 2 TC y posee ruedas con rodajes cónicos; el peso del convoy con mineral incluido es de 18,50 TC y posee ruedas con rodajes cilíndricos. Calcular: (14) los esfuerzos necesarios de cada tramo y finalmente el promedio de todo el trayecto con carga.

Solución: En 370-D = (2 * (10 + 8)) + (18,5 * (20 +8)) En D-C = (2 * (10 + 12)) + (18,5 * (20 + 12)) En C-B = (2 * (10 – 10)) + (18,5 * (20 – 10)) En B-A = (2 * (10 + 20 * 0,5)) + (18,5 * (20 * En A-332 = (2 * (10 – 8)) + (18,5 * (20 – 8)) En 370-332 = (554 + 636 + 185 + 595 + 266)/5

= 554 lbs = 636 lbs = 185 lbs 0.5)) = 595 lbs = 226 lbs = 439.20 lbs

Ejercicio No. 3: Durante 4 horas efectivas se desea transportar 360 TC de mineral económico de A a B con carros de 3 000 lbs de capacidad y peso de 1 880 lbs por carro, con ruedas de rodajes cilíndricos; el ciclo durará 10 minutos. La locomotora usa rodajes cónicos; la gradiente es 0,5%

Hallar: 15.- Número de viajes 16.- Toneladas por viaje 17.- Número de carros necesarios 18.- Peso del tren con carga

Ejercicio No. 4 Es una galería recta de 500 m, se debe instalar una vía de rieles con las siguientes características: • Longitud de cada riel 10 m • Peso de cada riel 30 lb/yd • Espaciamiento entre durmientes 0,51 m • Trocha 24” (0,61 m) • Clavo rielero de 4” Hallar: 19.- Cantidad y peso de rieles 20.- Dimensiones y cantidad de durmientes 21.- Cantidad de eclisas, pernos y clavos rieleros

Solución: • Cantidad de rieles = (500 m/10 m) * 2 collera = 100 rieles • Peso de rieles = 10 m * 100 rieles * 30 lb/yd * 1,034 = 32 820 lbs = 16,41 TC • Dimensiones de las durmientes Longitud = 2 * trocha = 2 * 24” = 48” (1,22 m) Espesor = 0,25 + longitud clavo = 0,25 + 4 = 4,25” (0,11 m) Ancho = espesor + 0,04 = 0,11 + 0,04 = 0,15 m • Cantidad de durmientes = longitud vía/separación de durmientes = 500 m/0,50 = 1 000

• Cantidad de eclisas = empalmen * eclisa/collera = ((500/10) - 1) * 2 = 98 eclisas • Cantidad de pernos = 98 eclisas * 4 pernos/eclisa

= 392 pernos

• Cantidad de clavos = (durmientes * 4) + (empalmes * 8) = (980 * 4) + (20 * 8) = 4 080 clavos = 1 347 lbs