Ferrocarriles En Mineria 6y5516

LOCOMOTORAS PARA TRANSPORTE DE MINERAL

Carrera: Asignatura: Docente: Alumnos:

Ingeniería en Minas Maquinarias y Equipos Mineros Luis Farías Calderón Andrés Calderón Carvajal Eric Cortes Mellado Luis Núñez Alveal Erick Padilla Lizama Lenin Taleno Ayala

ÍNDICE

Contenidos

Página

1. Introducción

1

2. Objetivos

2

3. Fundamentos del sistema

3

4. Estructura básica del sistema

4

5. Sistema de descarga 5.1. Sistema rígido 5.2. Sistema de vaciado lateral 5.3. Sistema de vaciado por el fondo

6 6 7 8

6. Características de las vías

8

7. Características y tipos de locomotoras 7.1. Tipos de locomotoras

12 13

8. Elección del tipo de locomotora

15

9. Cinemática en locomotoras 9.1. Estabilidad en locomotoras 9.2. Resistencia al movimiento

17 17 19

10. Frenado del sistema

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11. Conclusiones

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12. Bibliografía

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1. Introducción Transportar el mineral que proviene de una mina o una pila es una operación unitaria auxiliar muy importante en una planta concentradora, ya que gracias a la efectividad de este proceso se puede permitir una operación continua durante el tiempo determinado. En la selección del método de transporte se deben tener en cuenta muchos factores tales como:  Tamaño y naturaleza del mineral sólido  Distancia del transporte  Capacidad de transporte  Cambio de elevación del transporte Existe una relación directa entre el medio transporte de mineral y la planta concentradora, ya que ésta es la que necesita un flujo constante de material a recepcionar desde la mina para que así su proceso de obtención de metal valioso tenga un valor económico rentable y de esta manera poder obtener todos los costos que se generan a partir de los primeros procesos de explotación del mineral. El ferrocarril es un equipo que tiene gran capacidad en cuanto se refiere al transporte de mineral, por lo que ha sido utilizado como equipo de transporte desde los inicios de la minería, pero en la actualidad ha sido dejado un poco de lado debido a muchas restricciones que debe cumplir una operación correcta y segura.

1

2. Objetivos   

Adquirir conocimientos acerca de medios de transporte de mineral discontinuos, en este caso, Locomotoras para transporte de mineral. Describir e identificar componentes de Locomotoras. Conocer factores que determinan su utilización.

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3. Fundamentos del sistema Los sistemas discontinuos sobre vía presentan como principales características, que se puede descomponer en distintos tramos con distintas direcciones, lo que le proporciona mayor versatilidad y un mejor ajuste a las condiciones variables de la mina que el transporte continuo. En prácticamente todas las explotaciones subterráneas se puede encontrar un sistema de transporte discontinuo, ya que los sistemas continuos sólo sirven para transporte de mineral y requieren de otro sistema de transporte adicional para material, maquinaria, personal, etc. El transporte por locomotoras corresponde al sistema tradicional de transporte en minería subterránea de tal forma que, si en una mina se pudiese tener un medio de transporte bidireccional, sería en principio el más adecuado. El transporte por locomotora puede ser de dos tipos: 

Transporte por monorraíl

Consta de un carril de rodadura o monorraíl, formado por un perfil laminado en barras de 3 m. de longitud, colgadas por dos puntos de suspensión cada una de la entibación metálica mediante cadenas de acero. Los perfiles del monorraíl van provistos de uniones articuladas con gorrón y estribo para unir a otros y para suspenderlos de la entibación. La carga del material se efectúa en una canoa diseñada para tal fin o colgada de uno o varios carros. El sistema monorraíl puede ser manual o con elemento tractor. 

Transporte sobre vía

El transporte sobre vías es una solución al transporte a largas distancias, pero es poco flexible, ya que sólo permite la circulación por donde hay vías tendidas. Por su importancia en la minería subterránea, se realizará una descripción del transporte con locomotoras sobre vías, analizando los principales elementos que intervienen en este sistema.

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4. Estructura básica del sistema El sistema del ferrocarril está constituido por: 

LOCOMOTORA (unidad de potencia)

Son máquinas de tracción por adherencia que sirven para movilizar a las vagonetas durante la operación del transporte. Según la energía utilizada, las locomotoras subterráneas se dividen en locomotoras de aire comprimido, eléctricas y diésel. 

CARROS

Componentes de los carros -

Los carros se componen de la caja, chasis y sistema de rodado.

-

Altura, ancho y longitud de carros  Dada por capacidades de transporte requeridas  Dimensiones determinan radio de curvatura  Se ha tendido a mayor capacidad de carros (50 ton)  Capacidad de convoy (320 ton- 1200 ton)

4

-

-

Ruedas  Se fabrican en acero fundido  Distancia entre ejes La llanta es cónica para evitar el movimiento lateral del tren La rueda se debe mover sobre las llantas La pestaña debe actuar solo en las curvas, agujas en vías y peligro de descarrilamiento.

Masa

Pestaña

Eje

Llanta Diámetro rueda: 6 a 14 cm.



VIAS

La vía minera tiene, por lo general un ancho de 600 a 650 mm., aunque llega a 7500 mm., para locomotoras pesadas y vagones de gran capacidad. La vía consta de las siguientes partes: carriles, traviesas y balasto. 

 

Carril: los carriles tienen una longitud entre 3 y 6 m en galerías de explotación y de 8 a 10 m en galerías generales uniéndose entre sí por medio de elipses (placas de hierro atornilladas al alma del carril) Traviesas: Las traviesas pueden ser de madera, de acero u hormigón; llevan tirafondos o escarpias que atornillan los carriles a las traviesas. Balasto: el balasto es grava o roca triturada y calibrada bien drenada, para asentar las traviesas y hacer que el conjunto sea estable y resista los esfuerzos del tren.

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La vía minera requiere una buena colocación y mantenimiento, comprobando alineación y nivelación mediante topografía.

5. Sistema de descarga En el proceso de descarga, lo ideal es que se realice en forma continua, vale decir que el convoy se mantenga en movimiento a medida que se descarga, lo cual será posible según el sistema de vaciado que se disponga. Según el tipo de vaciado del carro se pueden identificar tres sistemas que son:

5.1. Sistema rígido En este sistema se requiere voltear la unidad completa con un sistema de volteo. Los carros son de fondo plano y de mayor capacidad, menor relación tara con carga útil, pero no permite la descarga continua, ya que es necesario separar el carro del convoy para su vaciado.

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5.2. Sistema de Vaciado lateral En este caso el carro dispone de un sistema que permite la inclinación hacia el lado de la tolva en el punto de descarga, lo cual se realiza sobre la marcha del convoy y el chasis se mantiene en posición horizontal. El más popular es el GRANBY, que tiene una rueda especial en la tolva, la cual en el punto de carguío entre en o con un riel que hace que la rueda suba por el inclinando la tolva y descargando el carro.

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5.3. Sistema de Vaciado por el fondo En este caso el carro dispone de un sistema que permite la apertura de su fondo, lo cual hace que la carga se vacíe verticalmente. El sistema cuenta con seguros activados mecánicamente durante el avance del convoy, permitiendo que la tolva abra y cierre su compuerta inferior. Las compuertas pueden ser una o dos; cuando se tienen dos compuertas la descarga es central (A), cuando es sólo una es todo el fondo el que se abre y la descarga es por la parte posterior del fondo del carro (B).

A

B

B

6. Características de las vías Las vías se componen de una infraestructura base (piso), de una superestructura o afirmado (material de asiento para la vía) y de las vías mismas (rieles, elementos de sujeción y durmientes).

Vía

Afirmado

Piso con 1% de pendiente para

Drenaje

8



Infraestructura o base

Es la excavación en el piso, la cual contendrá y en la que se asentará el material de la superestructura. Esta base deberá conectarse al drenaje con el fin de proteger el material del afirmado (aguas ácidas, saturación de aguas, etc.).

Piso

Drenaje



Superestructura o afirmado

Consiste en una capa de ripio chancado, de una granulometría homogénea que servirá de asiento para la vía y permitirá que las aguas drenen a través de ellas. La calidad de este afirmado es de vital importancia, ya que la instalación de las vías requiere de gran precisión y debe garantizar esta calidad para la operación del ferrocarril (no puede deformarse). La superestructura cumple las siguientes funciones: -

Reparte presiones recibidas por los durmientes sobre una base amplia. Se recomienda que este material cubra en 2/3 la altura del durmiente. Constituye un lecho elástico junto a los durmientes, para el descanso de los rieles y así recibir los esfuerzos transmitidos por el peso del convoy. Contrarresta el desplazamiento de los durmientes al proporcionar una base ripiosa con aristas en sus gránulos. Constituye una capa permeable para el paso de agua y evita con ello la corrosión de los rieles y fijaciones de éstos al durmiente.

9

Peso Durmiente 2/3 Aguas



Rieles

Dentro de los aspectos constructivos de las vías se tiene que los rieles descansan anclados sobre durmientes, los cuales pueden ser de madera (Roble o Eucalipto), concreto o acero. El durmiente tiene como función mantener en trabajo a los rieles, transmitiendo los esfuerzos a la infraestructura, deben resistir las condiciones de trabajo y ambiente de la mina (esfuerzos, humedad y presencia de aguas ácidas). Los rieles de acero tienen radios de curvatura mínimo de 25 a 30 metros. Comúnmente se utilizan los rieles llamados de patín o zapata de acero, están normalizados y se clasifican por su peso lineal (14-24 Kg/m) el cual dependerá del tamaño del convoy, el largo dependerá de la facilidad que signifique su instalación (10-12 m máximo). La sección transversal del riel se divide en Cabeza (100-130 Kg/mm2 de resistencia), Alma (100-130 Kg/mm2) y Zapata o patín (50-60 Kg/mm2, es el que va en o al durmiente).

Cabeza

Alma Patín o Zapata

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Los rieles se unen por medio de eclisas, el orificio de este es ovalado para evitar corte de los pernos por cizallamiento. Los Rieles se unen a durmientes por medio de • •

clavos rieleros (durmientes de madera) Pernos rieleros (durmientes de concreto)

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7. Características y tipos de locomotoras En estos últimos años, el uso de locomotoras mineras se ha intensificado, hoy en día se cuenta con modelos de locomotoras con motor diésel y motor eléctrico tanto a batería como en sistema trolley desde 2TM hasta 20TM de peso adherente. La fabricación de estos equipos se realiza bajo un estricto control de calidad. Las proveedoras cuentan con un área de ingeniería mecánico y eléctrico y una planta de ensamblaje muy bien implementados. Asimismo, entre los últimos desarrollos se encuentran locomotoras de 15 y 20 toneladas métricas de peso adherente para acarreo de minerales de hasta 200 TM por viaje en túneles de extracción principal. Entre las principales características de estos equipos se encuentran el uso de controles electrónicos de última generación IGBT para uso específico en minas subterráneas (o de controles electromecánicos especialmente diseñados para esas potencias), sistemas de freno neumáticos, y potencias de 120hp hasta 150hp 250vdc con motores DC de tracción importados. Además, estos equipos cuentan con sistemas de protección eléctrica mejorados con componentes de alta calidad.



Características Generales -

De 2 hasta 20 ton. Transmisiones de Corona / tornillo sin fin Transmisiones de Doble Reducción Motores de tracción Controles Electromecánicos (según desee el ) Controles Electrónicos IGBT (según desee el ) Diseñadas para Trabajos y condiciones extremas. Facilidad y bajo costo de mantenimiento

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7.1. Tipos de Locomotoras 

Locomotoras con motor diésel

Esta locomotora con motor diésel se utiliza como carro de tracción para vagonetas de transporte de carga y de personal en el interior de las minas. Está diseñada para ambientes con peligro de explosión, que contienen polvo de carbón o gas metano CH4 (hasta 1,5%). La locomotora consta de tres partes, dos cabinas y la parte central motriz. La cabina está diseñada para posibilitar al conductor: comodidad, buena visión del trayecto, seguridad, el desplazamiento en sentidos contrarios, según necesidad. Cada cabina esta provista de mandos, controles y dispositivos de seguridad autónomos. Es posible desmontar las cabinas para su mejor transporte y ensamblado en espacios reducidos en el interior de las minas. La unidad motriz es un motor diésel de cuatro tiempos, enfriado por líquido, con inyección no directa del combustible. La puesta en marcha del motor se realiza por medio de un arrancador neumático de baja presión. La potencia del motor es trasmitida a los ejes y a las ruedas por cajas de velocidad, situadas en los puentes. El sistema hidráulico de la tracción asegura un desplazamiento constante, con momento-par máximo y el paso suave hacia altos parámetros de salida, sin alterar los parámetros iniciales del motor a combustión, con óptimas características dinámicas y con protección antirecarga del motor, además de estar provisto de frenos operacionales muy efectivos. Las locomotoras mineras a batería inexplosible, están destinadas para el transporte horizontal sobre rieles, especialmente en minas con medio húmedo y polvoriento con riesgos de explosión del polvillo de carbón y/o gas metano, son capaces de desplazarse por carriles con pendiente superables de hasta 35‰ ( 2° ) y a temperaturas desde - 10°C hasta + 35 °C.

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El diseño técnico de las locomotoras correspondientes para uso subterráneo.

responde

a

las

normas

Las locomotoras a batería son impulsadas por dos motores eléctricos trifásicos asíncronos de ejecución inexplosible, con enfriamiento autónomo y con regulación de revoluciones por convertidor de frecuencias, el cual facilita una marcha constante y frenado efectivo, garantizado por dos sistemas autónomos de frenos para ambos puentes, el freno electrodinámico con los motores eléctricos y cajas de velocidades y el frenando mecánico de dos circuitos directamente en las ruedas. Las locomotoras en algunos modelos cuentan con una o dos cabinas, cerradas, con visión y mando para ambas direcciones de desplazamiento.



Locomotoras a trolley

Las locomotoras mineras a trolley, están destinadas para el transporte horizontal sobre rieles, especialmente en minas con medio húmedo y polvoriento sin riesgo de explosión de los polvos de carbón y gases metano. Es capaz de desplazarse por carriles con pendiente superable de hasta 35‰ (2°) y a temperaturas desde - 10 hasta + 35 °C.

Las locomotora en sus diferentes modelos están impulsadas por dos motores eléctricos trifásicos asíncronos con enfriamiento autónomo y con variación de revoluciones por convertidor de frecuencias, el cual facilita una marcha constante, así como también un frenado efectivo, garantizado por dos sistemas de frenos independientes para ambos puentes, el freno electrodinámico - con los motores eléctricos y cajas de velocidades, y los frenos mecánicos de dos circuitos directamente en las ruedas. Esta locomotoras cuenta con una o dos cabinas cerrada con visión y mando para ambas direcciones de desplazamiento.

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

Locomotoras mineras de superficie

La locomotora de superficie, están destinadas para carriles de vía estrecha, a tajo abierto, en minas subterráneas, madereros, ladrilleras, etc. En el diseño de estas locomotoras fueron tomadas en cuenta todas las experiencias. La locomotora tiene como base un bastidor sobre puentes con dos ejes motrices. Estas, cuentan con motor diésel, con un sistema hidráulico para trasmitir la potencia hacia los ejes (HSP), donde la energía mecánica se transforma en hidráulica y viceversa. Desde el HSP el momento-par es trasmitido por medio de cajas de velocidad con cardanes hacia los ejes con ruedas. Los ejes amortiguados están fijados por medio de rodamientos al bastidor de la locomotora.

8. ELECCION DEL TIPO DE LOCOMOTORA

A continuación se resumen algunos de los criterios que se aplican para elegir uno u otro tipo de locomotora: 

Condicionantes geométricos

Se busca que la locomotora sea fácil de transportar hasta la zona de la mina en que va a desarrollar su función, pero sobretodo que se adapte a la sección y el radio de curvatura de las galerías por las que va a circular. Las que mejor cumplen estos condicionantes son las locomotoras tipo trole, luego las diésel y las más pesadas son las de aire comprimido y acumuladores. 

Potencia y esfuerzo en gancho

Las más potentes son las de tipo trole, luego las diésel y las menos potentes son las de acumuladores y las de aire comprimido.

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

Seguridad

Una locomotora debe ser segura frente al grisú, frente al riesgo de incendio, frente al riesgo de electrocución y corrientes vagabundas y frente a los gases. Las locomotoras más seguras son las de aire comprimido, luego las de acumuladores. Las diésel son muy poco seguras y las menos seguras son las eléctricas de tipo trole, debido a la forma de tomar la galería. A través de un hilo desnudo. 

Consideraciones económicas Existen varios tipos de costes a analizar a la hora de elegir una locomotora.

-

-

-



Coste de capital: es el coste de la locomotora, con las instalaciones auxiliares que pueda requerir. Las más económicas son las diésel ya que no requieren de esas instalaciones, las de trole y acumuladores y, las de coste más elevado son las de aire comprimido, que requieren instalaciones de presurización del aire de la toma hasta la presión de la botella y de despresurización a la presión del trabajo. Costes de repuestos: La locomotora de acumuladores es la de repuestos con conste más elevado. Los repuestos más económicos son los que usan las de tipo trole y aire comprimido. Costes de mano de obra: Los costes más caros son los de la locomotora diésel. Costes de energía: el coste de energía corresponde al kWh para las locomotoras eléctricas y del carburante o del aire comprimido. Depende de las fluctuaciones del mercado, pero los costes más bajos son los de la trole y diésel, mientras que los más elevados son los de la locomotora de aire comprimido. Autonomía de la locomotora

Las locomotoras de menos autonomía o radio de acción son las de aire comprimido y las de acumuladores, que tienen que recargar en estaciones de recarga, luego las diésel hasta que agoten el carburante. Las de mayor radio de acción son las de trole, cuya autonomía es ilimitada, mientras exista tendido eléctrico y carril de retorno.

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9. CINEMATICA EN LOCOMOTORAS 9.1. Estabilidad en locomotoras La estabilidad en locomotoras es una condición especial de no tener ningún otro movimiento en la totalidad de su masa, distinto del natural de avance con que verifica su traslación. Esta condición escasamente se cumple ya que por diversas causas, todas experimentan otros movimientos que, combinados con el de traslación, originan perturbaciones contrarias a la rapidez y seguridad de la marcha. Mientras menores sean los movimientos independientes del avance, mayor estabilidad tendrá la locomotora. Los movimientos que influyen en la estabilidad de la máquina se distinguen con nombres que expresan claramente cómo se verifican. Los principales son cuatro y se llaman movimiento de lanzadera, de retroceso, de balanceo y galope; los dos primeros ocurren sin que el bastidor de la máquina abandone su posición horizontal, mientras que los dos últimos la pierden a intervalos por las elevaciones que experimenta. 

Movimiento de lanzadera

Este movimiento es una serie de oscilaciones que impulsan la máquina, al mismo tiempo que avanza, hacia la derecha e izquierda alternadamente, lo que resulta en una marcha en zigzag llamada comúnmente serpenteo. Su intensidad depende del juego de las vías, de los carriles que estén colocados con inclinaciones distintas, dando lugar a que aumente su ancho en algunos parajes; también por la falta de paralelismo en los ejes de la máquina y, en general, a todas las causas que contribuyan a que por la conicidad de las llantas, aumenten o disminuyan alternativamente el diámetro de la superficie de rodadura de las ruedas de un mismo eje, produciendo golpes y rozamientos de las pestañas contra los carriles, deformándose y dañando todas las piezas de la máquina.

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

Movimiento de retroceso

Es un movimiento oscilatorio que experimenta la máquina de adelante hacia atrás y de atrás hacia adelante, alternativamente en el sentido de su longitud. Se origina por la inercia de las piezas del mecanismo puestas en movimiento y los impulsos que recibe el eje del motor a favor y en contra de la marcha en los avances y retrocesos de los émbolos; su efecto se combina con el esfuerzo de tracción al que ayuda en momentos dados y contrarresta en otros produciendo reacciones de tensión y aflojamiento de los enganches. 

Movimiento de balanceo

Este movimiento consiste en la elevación y descenso alternativo de ambos costados de la máquina, la que sometida a su influencia, parece que cojea. Proviene de que las traviesas estén mal bateadas en uno de sus extremos, es decir, mal acuñadas con el balasto, pues al pasar la máquina por ellas, ceden a su paso y producen el descenso de un lado y la elevación del otro; este movimiento produce torceduras en las bielas y piezas del mecanismo suspendidas del bastidor. 

Movimiento de galope

Este movimiento consiste en la elevación y descenso sucesivo de la parte anterior de la máquina que avanza como si marchase a saltos. Se genera por las traviesas mal bateadas en toda su extensión porque haciendo bajar la máquina, vuelve ésta a elevarse súbitamente al llegar a las traviesas que están firmes. También influyen en él la falta de peso sobre el eje delantero y la exagerada inclinación de los cilindros cuando no son horizontales. El galope es el movimiento más peligroso, sobretodo combinado con el serpenteo ya que puede producir el descarrilamiento de la locomotora.

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9.2. Resistencia al movimiento

Dentro de los factores incidentes en el esfuerzo de tracción debemos considerar y vencer todos los obstáculos que se oponen al movimiento, es decir debemos vencer la resistencia al movimiento (medidos en Kg/ton), la cual puede darse de las siguientes formas: 

Resistencia al rodamiento (RR)

Comprende la resistencia debido al rodamiento de las ruedas motrices sobre los rieles, como también los rozamientos entre cojinetes y mecanismos del sistema motriz. Dependen de factores físicos y mecánicos (mantención de la vía y del equipo). -



Para vías bien mantenidas se tiene un RR = 2,5 [Kg/ton] Para pequeños ferrocarriles se tiene un RR = 4 a 10 [Kg/ton]

Resistencia al aire (RA)

Se produce por la presión que ejerce el aire sobre el desplazamiento del convoy, a grandes velocidades actúa sobre la frente y costados del tren y con un efecto de succión en el último vagón. A pequeñas velocidades (menores a los 40 Km/hr) se puede despreciar el efecto en cálculos preliminares. Para velocidades (V) superiores a los 40 Km/hr, se tiene la siguiente expresión:

𝑹 𝑨 = 𝑲 ∗ 𝑽𝟐 [

𝑲𝒈 𝑻𝒐𝒏

]

K: Coeficiente calculado experimentalmente que depende de las características del tren.

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F.F.C.C.

K

Expreso rápido

0,25 × 10-3

De Carga rápido

0,33 × 10-3

De Carga con distintos tipos de vagones

10-3

𝑲𝒈

Resistencia de marcha = 𝑹𝑴 = 𝑹𝑹 = 𝑹𝑨 [ ] 𝑻𝒐𝒏 

Resistencia en curvas (RC)

Se produce por el roce de las pestañas con la trocha, el cual dependerá de la curva, es decir se incrementa con radios de curvatura () menores. Se ha determinado experimentalmente.



Trocha [mm]

1435

1000

600

RC [Kg/ton]

650 / ( - 55 )

400 / ( - 20 )

200 / (- 5 )

Resistencia a la pendiente (RP) Es la resistencia que tiene que vencer para avanzar por tramos inclinados.

RP

h

R P’ 

PU L

20

-

PU = 1 tonelada (Peso de la locomotora)

-

L = 100 [m]

 𝑃𝑈 ∗ 𝑐𝑜𝑠 𝛼 = 𝑐𝑜𝑠 𝛼 [𝑇𝑜𝑛]  𝑅𝑃′ =

𝑃𝑈 ∗𝑠𝑖𝑛 𝛼 𝑃𝑈

= 𝑠𝑖𝑛 𝛼 [

 𝑅𝑃 = 1000 ∗ 𝑠𝑖𝑛 𝛼 [

𝑇𝑜𝑛 𝑇𝑜𝑛

𝐾𝑔 𝑇𝑜𝑛

] = 1000 ∗ 𝑠𝑖𝑛 𝛼 [

𝐾𝑔 𝑇𝑜𝑛

]

] (𝐶𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑟𝑟𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑎 𝑅𝑝′ )

Las pendientes se expresan como ángulo o como porcentaje, que no es lo mismo.

 𝑠𝑖𝑛 𝛼 =

𝑡𝑎𝑛 𝛼 √1+𝑡𝑎𝑛2 𝛼

 𝑚 = 𝑡𝑎𝑛 𝛼 =

ℎ 𝑙

 𝑚 (%) = 𝑚𝑝 =  𝑅𝑃 =  𝑅𝑃 =

(𝑃𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜) ℎ∗100 𝐿

= 𝑚 ∗ 100 [%]

1000∗𝑚 √1+𝑚2 1000∗𝑚𝑝 √1002 +𝑚𝑝2

 1002 ≫ 𝑚𝑝2 ∗ 𝛼 ∗ √1002 + 𝑚𝑝2 ∗ 𝛼 ∗ 100  𝑅𝑃 = 10 ∗ 𝑚𝑝 [

𝐾𝑔 𝑇𝑜𝑛

]

 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐. 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 𝑅𝑉𝐶 = 𝑅𝑀 + 𝑅𝐶 + 𝑅𝑃 [

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𝐾𝑔 𝑇𝑜𝑛

]



Resistencia a la aceleración (RAC)

Al necesitarse vencer una fuerza aparece la aceleración, y a mayor aceleración la velocidad constante se alcanza en menos tiempo. La resistencia a al acelerar es el esfuerzo de tracción necesario para acelerar el peso de una tonelada del tren. La aceleración máxima es la que permite vencer la resistencia RVC, calculada anteriormente. El esfuerzo de tracción T debe ser mayor que RVC para mover el ferrocarril a velocidad constante.

 𝐹 =𝑚∗𝑎  𝐹=

(𝑃𝑈 ∗𝑎) 𝑔

 𝑅𝐴𝐶 > 𝐹  𝑅𝐴𝐶 =

𝐾′∗(𝑃𝑈 ∗𝑎)

 𝑅𝐴𝐶 =

𝐾 ′ ∗1000∗𝑎

(𝐾 ′ > 1)

𝑔

𝑔

[

𝐾𝑔 𝑇𝑜𝑛

]

K’ se introduce para involucrar todas las masa rotatorias del tren que necesitan ser aceleradas cuando el tren se desplaza en el sentido de la marcha, con K’ se consigue aumentar en cierta medida la masa del tren para un adecuado factor de seguridad. Elemento

K’

Automotor

1,05 a 1

Vagones remolcados

1,04

Locomotora con transmisión de

1,4 a 1,6

engranaje

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RAC debe calcularse para el tren completo (locomotora + vagones + carga). PT: Peso total de la locomotora (toneladas). PR: Peso remolcado, es decir sin la locomotora (toneladas). Se determinan el KT’ y KR’ respectivos a los pesos anteriores de acuerdo a tablas obteniéndose:

 𝑃𝑇′ = 𝑃𝑇 ∗ 𝐾𝑇′  𝑃𝑅′ = 𝑃𝑅 ∗ 𝐾𝑅 ′  𝐾′ =  𝐾′ =

𝑃𝑇′ +𝑃𝑅 ′ 𝑃𝑇 +𝑃𝑅 (𝐾𝑇′ ∗𝑃𝑇′ )+(𝐾𝑅′ ∗𝑃𝑅 )

 𝑅𝐴𝐶 =

(𝑃𝑇 +𝑃𝑅 ) (𝑃𝑇′ +𝑃𝑅′ )∗1000∗𝑎 𝑔∗(𝑃𝑇 +𝑃𝑅 )

[

𝐾𝑔 𝑇𝑜𝑛

]

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10.

FRENADO DEL SISTEMA

El sistema de frenado del ferrocarril es otro aspecto muy importante para la eficiencia y la seguridad de la operación de transporte de mineral. La rodadura de un ferrocarril se produce debido a la adherencia que ejercen las ruedas motrices sobre el riel y que debe ser mayor que las fuerzas resistentes que se oponen al movimiento. El tren frena cuando se le aplica una fuerza de roce que resulta mayor que el valor de la adherencia (disminuyendo paulatinamente la velocidad). Si el frenado es brusco la rueda queda inmovilizada y se produce un patinaje sobre el riel. Si queremos que el patinaje no se produzca, debemos procurar que el frotamiento de frenado ejercido por el sistema no exceda el valor de la adherencia. Q: Peso aplicado sobre el sistema de frenado. f’: Coeficiente de rozamiento entre el sistema de frenos y la llanta del ferrocarril. P: Peso de la carga por rueda. f: Coeficiente de adherencia entre rueda y riel.

𝑸 ∗ 𝒇′ ≤ 𝒇 ∗ 𝑷 𝑸=

𝒇∗𝑷 𝒇′

𝑸=𝜶∗𝑷 𝜶 = 𝒄𝒐𝒆𝒇𝒊𝒄𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒇𝒓𝒆𝒏𝒂𝒅𝒐

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Equipo



Locomotora

0,65

Carros con descansos en buenas

0,7 a 0,8

condiciones

La distancia de frenado depende de factores como:       

la visibilidad que tenga el maquinista de la densidad de tráfico del momento tipo de tráfico velocidad de trabajo iluminación del túnel particularidades propias de la mina tipo de material rodante (carros y locomotoras)

En superficie las distancias de frenado pueden encontrarse entre 350 a 400 metros y en minería subterránea entre los 10 y 100 metros, debido principalmente a la visibilidad. La detención del ferrocarril puede realizarse por distintos sistemas, entre los cuales podemos mencionar: -

Zapatas: Pieza de desgaste con coeficientes de rozamiento alto, que se encuentre colocada frente a cada rueda y aplica su función sobre la llanta. Es de fierro recubierto con un material fácilmente gastable (balatas) que impide el o de fierro con fierro (zapata y llanta) y se recambia a medida que se desgasta. Este sistema se puede accionar manualmente (tornillos) o con aire comprimido (frenos de aire).

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-

Generación de un par de fuerza: Esto puede aplicar a la locomotora o a todo el tren. Consiste en la generación de un contra sentido de marcha del motor, lo cual genera el frenado.

26

-

Sistema electromagnético: Este sistema no actúa sobre las ruedas, sino sobre los rieles. Consiste en un patín ubicado entre las ruedas y es paralelo al riel. Este patín se encuentra suspendido eléctricamente unos cuantos milímetros sobre el riel y en su parte superior cuenta con una bobina que al hacer pasar corriente continua se transforma en un imán atraído por el riel, produciéndose el frenado.

27

11.

CONCLUSIONES

A través del presente trabajo, se ha conocido sobre los sistemas de transporte discontinuo sobre vías, específicamente el de locomotoras. Conocer las propiedades de las diferentes locomotoras nos permite establecer las consideraciones que deben tenerse en cuenta al momento de elegir una u otra, dadas las características de la faena donde se desee implementar. Entre las ventajas que se pueden mencionar, la locomotora proporciona la posibilidad de adaptar su capacidad a las necesidades del transporte, simplemente variando el número de vagones; por otro lado, no sólo permite el transporte de minerales sino también de personal o material agregando los vagones que sean necesarios. Al tratarse de un sistema que requiere del tendido previo de las vías por donde transitará la locomotora y que además necesita de una buena limpieza y mantenimiento de estas vías para garantizar la circulación de los trenes y prevenir accidentes; se traduce en un sistema poco flexible y que paulatinamente está entrando en recesión en algunas faenas específicas, quedando limitada a la minería del carbón, en desmedro de otros sistemas más versátiles como la cinta transportadora por ejemplo.

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12.

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

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