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UNIVERSIDAD SANTO TOMAS
RIESGOS EN FUENTES ENERGETICAS OLEOHIDRAULICA
CAMILO ARANEDA RUBEN CARRASCO LUIS CONTRERAS JAVIER OPORTO VANIA RUBILAR CARLOS RUIZ
Valdivia, 23 de Mayo de 2016
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3
INTRODUCCION La Hidráulica es una rama de la ingeniería que abarca el estudio de la presión y el caudal de los fluidos así como sus aplicaciones; se puede dividir en Hidráulica de agua o de aceite (Oleohidráulica) y Neumática cuando éste fluido es un gas. Historia
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Arquímedes, hacia el año 250 A.C., investigó alguno de los principios de la hidráulica, cuyas técnicas ya se empleaban con anterioridad, principalmente en sistemas de distribución de agua por ciudades. Desde entonces se fueron desarrollando diversos aparatos y técnicas para el movimiento, trasvase y aprovechamiento del agua. Finalmente en el año 1653 el científico francés Pascal descubrió el principio según el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite por igual en todas direcciones. En el siglo XVIII Joseph Bramah construyó el primer mecanismo hidráulico basado en la ley de Pascal: se trataba de una prensa hidráulica con un gran cilindro que movía un vástago en cuyo extremo se
aplicaba al material a prensar; la presión necesaria se obtenía por medio de una bomba manual y el líquido empleado fue agua. Ya en el siglo XX se descubrió que el empleo de aceites en lugar de agua facilitaba la lubricación de las piezas móviles de los componentes del sistema, al tiempo que se disminuía la oxidación de los mismos y las fugas de fluido, de ahí el nombre de Oleo-hidráulica o Hidráulica de aceite. Actualmente la Oleohidráulica y la Neumática son las dos técnicas más empleadas para la transmisión de energía, y en muchas de sus aplicaciones se combinan con controles electrónicos para proporcionar movimientos precisos y controlados.
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LA OLEOHIDRAULICA La oleohidráulica se define como la tecnología que trata de la producción, transmisión y control de movimientos y esfuerzos por medio de líquidos a presión, principalmente aceites, ayudados o no por elementos eléctricos y electrónicos. Los accionamientos realizados en las máquinas pueden ser mecánicos, eléctricos, electrónicos, neumáticos o hidráulicos, cada uno de los cuales tienen sus ventajas y sus inconvenientes. Los accionamientos hidráulicos tienen ventajas singulares, de tal manera que los hacen imprescindibles en la construcción de gran número de máquinas, siendo utilizados fundamentalmente en aquellas tecnologías donde se requiera
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 realizar importantes esfuerzos, principalmente lineales, y en los que se exija alta precisión, de tal manera que el desarrollo de éstas sin la oleohidráulica hubiera sido más limitado, o por lo menos diferente. Los campos de aplicación de la oleohidráulica son múltiples pero se pueden concretar en dos: •
Oleohidráulica estacionaria (máquinas herramientas, maquinaria textil,
prensas, siderurgia, industria de plásticos, cementeras, minería, industria y maquinaria pesa da en general). •
Oleohidráulica móvil (maquinaria de obras civiles, maquinaria agrícola,
automóviles, grúas, ferrocarriles, armamento, naves, aeronaves). Su campo de aplicación, en resumen, está donde se requiera realizar esfuerzos importantes Ventajas •
La oleohidráulica permite obtener elevados esfuerzos con elementos
de tamaño reducido por medio de grandes presiones. Pueden, por tanto, obtenerse importantes momentos y grandes potencias. La relación potencia/peso en hidráulica tiene un valor muy reducido entre 3 a 5 veces menor. •
Permite conseguir movimientos suaves, exentos de vibraciones con el
ritmo que se desee: movimientos rápidos de aproximación y retroceso con movimientos lentos de trabajo. La ausencia de vibraciones permite obtener acabados de calidad. •
Posibilidad de regular la carrera de trabajo con gran precisión.
•
Posibilidad de obtener ciclos automáticos de trabajo de manera similar
a la Neumática, pero con más lentitud.
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Fácil transformación de un movimiento giratorio en rectilíneo o lineal y
viceversa. •
Posibilidad de regular de manera continua los esfuerzos, momentos y
velocidades desde cero hasta una velocidad máxima. •
Las variaciones de presión pueden conseguirse de manera continua o
progresiva y a impulsos. •
Facilidad para invertir la marcha de manera cuasi instantánea.
•
Ausencia de problemas de sobrecarga, el accionamiento se parará
pero no se estropeará cuando la carga sea excesiva, poniéndose inmediatamente en marcha cuando descienda ésta. El accionamiento hidráulico parado consume energía, mientras que en el caso neumático el consumo es nulo. •
Facilidad para evitar sobrepresiones mediante válvulas de seguridad.
•
Posibilidad, aunque limitada, de ubicar el sistema hidráulico donde se
desee, independientemente de los otros órganos de la máquina. En combinación con la electricidad, la electrónica y la informática se han conseguido una gran simplicidad en el mando y facilidad de regulación, constituyendo un tándem de grandísimas posibilidades y realidades. Abre paso al mando a distancia. Se suele afirmar que la electricidad constituye los nervios y la hidráulica los músculos.
Desventajas Por el contrario la oleohidráulica tiene algunos defectos:
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El aceite que se utiliza, para transmitir la energía, por lo general, es un
derivado del petróleo, lo que lo hace un fluido muy contamínate. •
Los movimientos no son tan perfectos como se quisiera debido a la
falta de módulo de elasticidad volumétrico de los líquidos no es infinito, es decir, su compresibilidad no es nula. La variación de viscosidad del aceite con la temperatura y la presión produce variaciones en las pérdidas de carga en los conductos y en las válvulas y modifica el volumen de fugas. •
Las pérdidas de carga en las tuberías y válvulas disminuyen el
rendimiento del sistema y limitan las velocidades en las tuberías, para que aquellas no lleguen a valores excesivos. •
Las pérdidas por fugas en cilindros y sistemas de sellado disminuyen
el rendimiento del sistema y las velocidades de desplazamiento de los actuadores. •
Evitar las fugas de aceite, exige de tuberías, conectores, flexibles de
buena calidad, cilindros, bombas y válvulas con mecanizados de alta precisión y por lo que esto se traduce en elevados costos en la implementación del sistema hidráulico. •
Los elementos utilizados son algo ruidosos, del orden de 80 a 100
decibelios, concentrándose especialmente en la zona de la bomba y el motor. •
En determinados casos la tecnología se complica y requiere
especialistas en su uso y mantenimiento. Todas las ventajas, pese a los inconvenientes citados, hacen a la hidráulica extraordinariamente útil y muy empleada en numerosas tecnologías, debido a su potencia y versatilidad.
Leyes oleohidráulicas
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 La oleohidráulica se rige por las mismas leyes que los circuitos hidráulicos de agua. Las leyes más importantes de la hidráulica son: •
Ley de Pascal: el incremento de presión aplicado a una superficie de
un fluido incompresible (líquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo.
La fuerza se transmite de igual manera en todas las direcciones.
•
Principio de Bernoulli: en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento)
en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.
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Propiedades de los Fluidos Oleohidráulicos Viscosidad Es la característica más importante de un fluido, por medio de la cual se obtiene su capacidad física de lubricación. Se puede definir como la resistencia interna que ofrecen entre sí las moléculas al deslizarse unas sobre otras. Esta definición viene a ser la expresión de la Ley de Sir Isaac Newton, formulada en 1668, por la que se determina la necesidad de emplear una fuerza para vencer la resistencia de fluencia de un líquido, que es similar a la resistencia al deslizamiento de un sólido. La fluencia de un líquido se denomina laminar cuando el deslizamiento de las láminas líquidas que conforman el fluido en movimiento se comporta como las láminas (cartas) de una baraja, al deslizarse unas sobre otras. Si éstas se deslizaran sin ningún rozamiento (en el caso de láminas líquidas), el fluido sería perfecto, es decir, sin viscosidad. Cuando existe frotamiento entre láminas vecinas aparece la viscosidad. En estado de reposo no se distingue un líquido perfecto de uno viscoso. La viscosidad se manifiesta si se le provoca un movimiento interno mediante algún medio: escurrimiento, caída de un cuerpo pesado o ascensión de uno ligero en el seno del líquido, etc., en donde el fluido opone una resistencia al deslizamiento interno de sus moléculas. La viscosidad depende fundamentalmente de la naturaleza o base del lubricante (nafténica, parafínica, mixta, etc.), como también de la temperatura y la presión, siendo estos dos últimos parámetros los que más afectan al aceite.
Viscosidad Dinámica: Representa la viscosidad real de un líquido y se obtiene mediante un sistema de depresión de precisión. Se mide el tiempo necesario para llenar de abajo hacia arriba una cavidad unida a un tubo capilar, pero situada por encima de él, de forma que el fluido
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 analizado pasa primero por el tubo (por aspiración) para entrar a continuación en la cavidad.
Viscosidad Cinemática: Se define como el tiempo que demora en pasar el líquido de arriba hacia abajo (por su propia masa). La medida de la viscosidad se realiza mediante unos aparatos denominados viscosímetros. Los hay de diferentes tipos: caída de bola, Engler, Saybolt, Redwood, etc. Todos ellos están basados en la caída del fluido a una temperatura determinada. En todos, el tiempo de caída de una determinada cantidad del fluido a testear, multiplicado por la constante del aparato, proporcionará directamente la viscosidad en grados Engler, segundos Saybolt, segundos Redwood, etc.
La figura muestra un viscosímetro de caída de bola, en el cual se obtiene la viscosidad relativa del fluido a testear en función de las viscosidades conocidas de otros fluidos.
Índice de Viscosidad
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Se define como un coeficiente que permite juzgar el comportamiento de la viscosidad de un fluido; está en función de la elevación o disminución de la temperatura a que está sometido el fluido. En el lenguaje común, la denominación S.A.E. (Society of Automotive Engineers), seguida de un número, se utiliza corrientemente para designar el índice de viscosidad de un aceite. Cuanto mayor sea el índice de viscosidad, tanto menor será la variación de la viscosidad de éste con las variaciones de temperatura.
Punto de Inflamación Se denomina así a la temperatura en la que los vapores de la superficie del fluido se inflaman al o con una llama, y que desaparece al retirar la llama. Si se sigue subiendo la temperatura, se llegará a un punto en el que el aceite seguirá ardiendo después de retirar la llama: es el punto de combustión. Si se calienta el fluido hasta la temperatura adecuada, se llega a un punto en el que el aceite comienza a arder espontáneamente, sin necesidad de acercarle ninguna llama: es el punto de auto ignición o punto de auto inflamación, el cual es muy superior a los anteriores. Un descenso acusado del punto de inflamación indica una contaminación con disolventes, gasolinas, gasóleo, etc., y también viene acompañado por un descenso de la viscosidad. Este caso suele ser raro en fluidos hidráulicos, pero frecuente en aceites de motor. Es importante el dato del punto de inflamación puesto que da una idea sobre la seguridad de la utilización de un fluido, tanto en cuanto a riesgo de fuego, como de volatilidad y evaporación (humos).
Punto de Congelación Esta característica es una de las más importantes cuando los sistemas hidráulicos se destinan a trabajar a temperaturas ambiente muy bajas. En efecto, desde que se pone en marcha el motor de la máquina, el fluido debe
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 estar en condiciones de circular inmediatamente a través de las tuberías. El punto de congelación viene ligado al desparafinado de los aceites, es decir, los aceites de naturaleza nafténica tienen puntos de congelación inferiores a los aceites de naturaleza parafínica. Para obtener el punto de congelación o de coagulación de un aceite, se puede obtener por enfriamiento (descenso de la temperatura) o por calentamiento progresivo. Los aceites sometidos a un descenso gradual de temperatura llegan a un punto en el que comienzan a enturbiarse debido a la formación de microcristales de parafina. A esta temperatura se le denomina punto de niebla (cloud point). A pesar de que el fluido aún mantiene su movilidad, este punto debe tenerse en cuenta en ciertas aplicaciones tales como compresores frigoríficos, puesto que a partir de este punto pueden existir dificultades con las válvulas y discontinuidad de película lubricante. Si se continúa bajando la temperatura, los cristales de parafina aumentarán de tamaño, hasta llegar a un punto en el que el fluido no presenta movilidad alguna: es el punto de congelación. En general un aceite mineral no debe utilizarse a una temperatura inferior a 10º C por encima de su punto de congelación. Es decir, si un aceite tiene de punto de congelación -30º C, no se utilizará a temperaturas inferiores a -20º C.
Índice de Neutralización Indica un estado de degradación del fluido. Los aceites hidráulicos poseen, inicialmente, una determinada acidez que proviene del propio aceite base (mínima y prácticamente despreciable) y de los aditivos que conlleva. Con el uso, al estar sometido a presiones y temperaturas elevadas, los aceites pueden sufrir un proceso de oxidación, el cual va a degenerar en una acidificación. Esta acidez proveniente de la oxidación que, a su vez, va a producir un ataque corrosivo a las piezas del sistema. Los aceites minerales, por su propia naturaleza, son resistentes a la oxidación. Los restantes fluidos se comportan de diversas maneras. No obstante, todos los buenos fluidos
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 hidráulicos llevan incorporados aditivos antioxidantes con el fin de retardar al máximo este efecto. Un incremento del índice de acidez del orden del 100% sobre la acidez inicial es motivo de un estudio de sus causas puesto que el incremento puede ser progresivo y acelerado (período de inducción).
Poder Anticorrosivo Los aditivos anticorrosivos combaten la acción de la humedad y el óxido sobre los órganos pilotos de un circuito. Estos aditivos se interponen entre las superficies metálicas y el agua. Hay que reconocer que por muy bien que esté concebido un circuito, igual entrará el agua. Se ha observado que los circuitos de funcionamiento intermitente se ven más afectados por esta acción que los sistemas de funcionamiento continuo. Un fluido hidráulico, además de presentar una gran resistencia a oxidarse, debe poseer cualidades protectoras para el sistema. El fluido deberá proteger de la corrosión al acero y a los metales amarillos (latón, bronce) que pudiera tener el sistema, así como su inercia frente a los materiales sellantes (juntas), manguitos y latiguillos.
Punto de Anilina El punto de anilina de un fluido define su poder disolvente y permite prever aproximadamente su acción sobre los sellos y las guarniciones interiores de las tuberías (flexibles). Guarda una estrecha relación con el hinchamiento de los cauchos sintéticos por inmersión. Según sea el material con que están fabricados los dispositivos de estanqueidad o de revestimiento, examinemos los fenómenos que pueden observarse por encima o por debajo del punto de anilina ideal. Para un valor superior al punto de anilina ideal:
Reblandecimiento
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Hinchamiento Disgregación del material.
Para un valor inferior:
Endurecimiento del material.
Índice de Desemulsión Se define como la menor o mayor facilidad que presenta un aceite para separarse del agua que pudiera contener. El agua y el aceite dan origen a las emulsiones, de las cuales se derivan unos lodos sobre los que se van fijando las impurezas y diferentes partículas arrastradas por el aceite. La presencia de agua en aceites minerales es siempre perniciosa, y es muy crítica en los fluidos de transformadores, máquinas frigoríficas, instrumentos de precisión, etc. En general es rechazable en todos los casos por los problemas de corrosión que produce, rotura de película lubricante y variaciones de viscosidad. Un contenido en agua, en emulsión estable, del 0,3 al 0,5%, puede ser crítico para el sistema y se deberá proceder a su eliminación. En los aceites nuevos, es muy importante su potencial de separación de agua, de forma que, caso de entrada al sistema, la separe rápidamente por diferencia de densidades. El índice de desemulsión se determina poniendo en una probeta cilíndrica 27 cc del aceite a analizar y 53 cc de agua destilada. A continuación los líquidos se someten y mantienen a la temperatura de 54,4 °C para los aceites poco viscosos y para los viscosos 82,2 °C. Mediante una probeta rectangular de 120 x 20 x 1,5 mm, girando a 1500 rpm, se agita la mezcla durante 5 min. Una vez terminado el batido, se anota cada 60 s el volumen de aceite que flota sobre la mezcla (aceite que se separa del agua). Estas indicaciones permiten determinar el índice:
1 cc de aceite separado en 1 min = I60 cc/h 5 cc de aceite separado en 1 min = I300 cc/h
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Poder Antiespumante Se define como la facilidad con que el aire se separa del fluido para no formar burbujas, ya que el fluido no se comportaría como una barra de acero (el fluido sería compresible). Sin embargo, todo aceite contiene aire. Las espumas se forman en los circuitos por un batido del fluido: consisten en unas esferas o glóbulos de aire, de muy diversos tamaños, que pueden provocar una discontinuidad de película lubricante, un incremento de la oxidación del aceite, una corrosión de las superficies metálicas y unas considerables diferencias de compresibilidad en el fluido hidráulico, además de formar una capa superficial que impide el normal enfriamiento del lubricante. Por estos motivos se aditivan los fluidos con agentes antiespumantes.
Filtrabilidad Existen diversas pruebas sobre las características que debe presentar un fluido frente a un filtro. La filtrabilidad es la capacidad o facilidad que presenta un fluido a ser filtrado. Según el tipo de medio filtrante y la temperatura de trabajo, la presencia de agua u otros aditivos puede reducir notablemente la filtrabilidad del aceite.
Cambio Volumétrico El coeficiente de dilatación del aceite es relativamente grande; este factor se ha de tener muy en cuenta cuando se trate de instalaciones con un gran volumen de aceite y en los componentes o sistemas estancos (el aceite se mantiene presurizado en un elemento o línea durante un largo período). El
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 incremento del volumen por cada 10º de incremento en la temperatura, es de un 0,7% aproximadamente.
Compresibilidad En la mayoría de aplicaciones no es necesario considerar la compresibilidad de fluido; sin embargo, en algunas circunstancias este factor debe ser considerado para evitar posibles problemas de funcionamiento del sistema:
Gran distancia entre el elemento de control y el receptor. Cilindros de largos recorridos con bajas velocidades. Accionamiento de cilindros paralelos o motores en rotación con cargas desiguales.
APLICACIONES DE LA OLEOHIDRAULICA La hidráulica estudia la transmisión de la energía empujando un líquido. Es sólo un medio de transmisión, no una fuente de potencia que sería el accionador primario (motor eléctrico, motor de explosión, tracción animal, etc.). La energía generada por esta fuente primaria se transmite al fluido que la transporta hasta el punto requerido, volviendo a convertirla en energía mecánica por medio de un accionador. El elemento del circuito que absorbe la energía mecánica, de la fuente de potencia, y la transforma en hidráulica es la bomba del circuito. Los accionadores que posteriormente transforman la energía hidráulica en mecánica pueden ser motores o cilindros, según se desee obtener un movimiento rotativo o lineal respectivamente, y entre los elementos de
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 bombeo y los accionadores se intercalarán los elementos de regulación y control necesarios para el correcto funcionamiento del sistema. En resumen: un motor proporciona una determinada energía mecánica a una bomba, y ésta, según la energía que recibe, suministra una determinada energía hidráulica, la cual se transfiere bajo forma de caudal y presión y mediante un fluido hidráulico (u oleohidráulico), a un pistón donde se vuelve a transformar en la energía mecánica necesaria para realizar un trabajo.
La figura representa esquemáticamente un sistema de transmisión de energía.
APLICACIONES DE LA OLEOHIDRAULICA
Sector manutención. En líneas automáticas de transporte interno. Sector de prensas y cizallas. Industria Siderúrgica: laminadores en frío y en caliente, líneas de acabado y máquinas de colada continua. Maquinas – herramientas
(tornos y fresadoras). Industria eléctrica. Turbinas e interruptores de alta presión. Industria química. Mezcladores y en ambientes explosivos. Industria Electromecánica. Hornos de fusión, tratamientos térmicos y soldaduras automáticas. Maquinaria agrícola, barcos, aviones.
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Industria Textil. Máquinas de estampado de tejidos y telares. Industria de la madera y el papel. Maquinas continuas, rotativas, impresoras y periódicos.
DISPOSICION DE LOS CIRCUITOS OLEOHIDRAULICOS Están formados por una serie de elementos que utilizan el aceite como agente de transporte y con los que puede obtenerse energía mecánica. De
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 modo semejante a lo que ocurría en los circuitos neumáticos, los elementos básicos de un circuito oleohidráulico son:
Unidad hidráulica. Válvulas distribuidoras. Elementos de trabajo o actuadores. Elementos auxiliares.
Unidad hidráulica La unidad hidráulica está compuesta por un depósito, los filtros, la bomba y la válvula reguladora de presión. El depósito es un recipiente de hierro que contiene al aceite. Su contenido se controla a través de una mirilla que dispone de marcas de nivel máximo y nivel mínimo. Los filtros se encargan de eliminar las partículas sólidas que puedan presentar el aceite. La bomba aspira el aceite del depósito a través del filtro, se mueve mediante motor eléctrico. La válvula reguladora de presión como su nombre lo dice regula la presión y cuando la presión se eleva demasiado, la válvula abre un conducto para liberar aceite para que baje la presión.
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Válvulas distribuidoras Las
válvulas
distribuidoras
permiten
gobernar los elementos de trabajo o actuadores. Como en el caso de las válvulas
neumáticas.
Se
denominan
según un número de vías y de posiciones de trabajo: 2/2, 3/2, 4/2 etc. Pueden ser accionadas eléctricamente, en cuyo caso se llamarían electroválvulas.
Elementos de trabajo Reciben el aceite en perfectas condiciones y convierten su energía en presión en trabajo. Fundamentalmente hay dos: cilindros y motores.
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Los cilindros transforman la presión
del
aceite
en
energía
de
un
movimiento rectilíneo alternativo.
Los motores la transforman en movimiento circular.
Los cilindros oleohidráulicos transforman la energía el aceite en energía mecánica los hay de simple efecto y doble efecto
Cilindro de simple efecto efectúa el movimiento de avance, venciendo la acción de resorte, gracias a la presión del aceite sobre una cara del embolo. El movimiento de retroceso se consigue por la acción del
resorte, el aceite entra y sale del cilindro por el mismo orificio. El cilindro de doble efecto, tanto el movimiento de avance como el de retroceso se logran por la presión del aceite sobre ambas caras del embolo, para ello dispone de dos orificios de entrada y salida e aceite situados en ambos extremos.
Los cilindros oleohidráulico poseen los mismos elementos básicos que los neumáticos: tubo de acero, embolo, vástagos y orificios de entrada y salida pero además dispone de otros elementos como:
Las juntas de estanqueidad, colocadas en el embolo, evitan las fugas
de aceite que podrían provocar pérdidas de presión. El dispositivo de purga permite eliminar las bolsas de aire que puedan formarse en el seno del aceite y que también originan perdidas de presión.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Los motores oleohidráulicos son actuadores capaces de transformar la energía de presión del aceite en un movimiento de giro. Estos motores son accionados por el aceite a presión que les llega y desarrollan un movimiento rotativo continuo.
Elementos auxiliares Preparan el aceite en condiciones óptimas de limpieza, presión y caudal para conseguir el máximo rendimiento. Están formados por válvulas y filtros:
Las válvulas tienen el mismo nombre que las neumáticas: anti retorno, reguladora de caudal, reguladora de presión y selectora del circuito.
Los filtros llevan a cabo una segunda limpieza del aceite.
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DESCRIPCION DEL SISTEMA OLEOHIDRAULICO EN LA MINERIA La mayoría de los procesos mineros de rajo abierto o minería subterránea utilizan maquinaria o sistemas que utilizan sistemas oleohidráulicos.
Perforadoras Perforación de rocas, es la rotura que se realiza en un determinado cuerpo (roca, terreno) de una profundidad determinada en forma de testigos circulares o cilíndricos para luego arrancar o volar el material requerido. Para aquello se utilizan perforadoras.
Excavadoras
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 En
explotaciones a cielo abierto se utiliza ampliamente las excavadoras de un solo cucharón y dentro de estas excavadoras predominan: las palas mecánicas y las dragas. Las palas mecánicas o excavadoras de un cucharón se utilizan en variadas condiciones mineras y con cualquier dureza de roca. Las rocas blandas se excavan por palas mecánicas sin empleo de explosivos. Las rocas semiduras se explotan sin desgarramiento de explosivos o con pequeñas cantidades de explosivos. Para la excavación de rocas duras el empleo del explosivo es obligatorio. La excavabilidad del suelo es de mayor importancia en la selección del equipo de excavación. Esto depende de varios factores: dureza del suelo intacto, resistencia propiedades abrasivas de los minerales constituyentes, densidad in situ y de material suelto, pegabilidad, grado de preparación del suelo, fragmentación, etc. Cargador frontal En minería a cielo abierto este tipo de máquina se encuentra en gran variedad de tamaños, construido sobre orugas o sobre ruedas con neumáticos de caucho y con accionamiento sobre dos o sobre cuatro ejes.
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Cargadores sobre orugas En minería a cielo abierto la cargadora sobre orugas es principalmente una máquina de apoyo. Si bien no tiene la movilidad de una cargadora sobre neumáticos es mucho más móvil que la pala mecánica y se utiliza principalmente en excavación de planos inclinados. Para la carga en frentes de canteras la maquina sigue un camino en V con un ciclo total de 0.7 a 1.7 min.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Para la excavación de trincheras inclinadas etc., un tiempo fijo de 0.65 min. Es normal y la velocidad promedio de 4 Km/h puede ser utilizada para calcular el tiempo variable.
Equipos de acarreo y transporte en minería superficial transporte por camiones En explotación a cielo abierto, el medio más utilizado de transporte de las rocas y de materia útil son los camiones y los tractores. La habilidad de los camiones para operar en condiciones de rápido avance del frente, en explotaciones en terreno montañoso, en extracción selectiva, en trabajos de niveles profundos.
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Debido a la naturaleza del entorno de trabajo, la minería subterránea mecanizada no puede ofrecer una visibilidad más amplia de las operaciones de superficie de los camiones y palas a gran escala y el espacio abierto, necesario para los típicos patrones de carga de múltiples camiones, simplemente no se encuentra disponible en la minería subterránea. Sin embargo, los elementos básicos de la selección de equipos para la flota de superficie, tales como el tamaño apropiado para las condiciones del sitio, la concordancia correcta de pasadas entre cargadores y camiones y la configuración correcta de las máquinas para una seguridad, confiabilidad y mantención óptimas, son válidos y tal vez incluso más críticos en las operaciones subterráneas, donde el tamaño y la capacidad de los equipos de la flota e individuales se ven a menudo condicionados por las limitaciones del espacio de trabajo.
DISTRIBUCION DE UN SISTEMA OLEHIDRAULICO EN MINERIA
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 A continuación se expondrá una de las distintas maquinarias que se utilizan en la industria minera:
Jumbo minero o Perforadora Rotopercutora Los jumbos mineros están compuestos por un conjunto de martillos perforadores montados sobre brazos articulados de accionamiento hidráulico para la ejecución de los trabajos de perforación por el frente. La función principal de estos equipos es la perforación de avance o desarrollos horizontales, así como también la excavación vertical o radial para fortificación del túnel.
Perforadora Jumbo para túnel
¿Cuál es el principio de operación de estos equipos? Básicamente la perforación se basa en el impacto de una pieza de acero (pistón), que transmite la energía a la roca por medio de un elemento final (broca o bit). Fundamentos de la Perforación Rotopercutiva
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 PERCUSIÓN: La energía mecánica utilizada por este método de perforación es Energía Cinética, que se transmite desde el pistón hacia la broca en forma de onda de choque. Cuando la onda de choque alcanza la broca, una parte de la energía se transforma en trabajo haciendo penetrar la broca y el resto se refleja y retrocede a través del varillaje.
ROTACIÓN: La rotación hace girar la broca entre impactos sucesivos, tiene como misión hacer que ésta actúe sobre puntos distintos de la roca en el fondo de la perforación. 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.
Broca de perforación o bit
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EMPUJE: Con el fin de asegurar una buena transmisión de la energía a la roca, la broca o bit debe estar en o 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 bit. Importante:
Empuje velocidad
Insuficiente de
baja
penetración,
produce mayor desgaste Empuje excesivo baja velocidad
de
la
la
penetración,
dificulta desenroscado de barras y aumenta desviación de tiros
BARRIDO: Para que la perforación resulte eficaz, es necesario que el fondo de la perforación se mantenga constantemente limpio evacuando el detrito 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.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Importante:
El barrido con aire se utiliza en trabajos a cielo abierto, donde el polvo producido puede eliminarse por medio de captadores. El barrido con agua es el sistema más utilizado en perforación subterránea que sirve
además para suprimir el polvo. Las partículas se evacuan por el espacio anular comprendido entre las
barras y la pared de la perforación. Importancia del detritus como material de taco.
Perforación Hidráulica Principios Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos que una neumática. La diferencia más importante entre ambos sistemas esta referido a 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. Características típicas de estos equipos.
Presión de Trabajo: Frecuencia de golpeo: Velocidad de rotación: Consumo relativo de aire:
7.5 a 25 MPa 2000-5000 golpes/min 0 a 500 RPM 0.6-0.9 (m3/min. cm diámetro)
Ventajas
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. Por lo tanto, la utilización de la energía es más eficiente, siendo necesario sólo 1/3 de la que se consume con los equipos neumáticos.
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Menor costo de rios de perforación: La forma de la onda de choque es mucho más 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 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, las velocidades de penetración de las perforadoras hidráulicas son de un 50% a un 100% mayor que los
equipos neumáticos. Mejores condiciones ambientales: Los niveles de ruido en una perforadora hidráulica son sensiblemente menores a los generados por una neumática, debido a la ausencia del escape de aire. Además, la hidráulica ha permitido un mejor diseño de los equipos, haciendo que las condiciones generales de trabajo y seguridad sean mucho
más favorables. Mayor elasticidad de la operación: Es posible variar dentro de la perforadora la presión de accionamiento del sistema, la energía por
golpe y frecuencia de percusión. Mayor facilidad para la automatización: Estos equipos son mucho más aptos para la automatización de operaciones, tales como el cambio de varillaje, mecanismos antiatranque, etc.
Limitaciones
Mayor inversión inicial Reparaciones más complejas y costosas que en las perforadoras neumáticas, requiriéndose una mejor organización y formación de personal de mantenimiento.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Partes principales de un Jumbo Hidráulico En la figura que se presenta a continuación podremos apreciar las principales partes de un Jumbo Hidráulico.
Principios de operación del jumbo hidráulico
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Componentes del Jumbo Hidráulico 1. 2. 3. 4. 5.
Carro (Carrier) Perforadora Hidráulica Viga de avance con parada y retorno automáticos. Brazo con paralelismo automático. de Control conteniendo las válvulas para perforación y
funciones automáticas. 6. Enfriador de aceite. 7. Paquete de poder Hidráulico, con el motor eléctrico acoplado a una doble o triple bomba hidráulica, alimentadas de aceite desde el tanque hidráulico. Las bombas hidráulicas proveen la energía hidráulica necesaria para el movimiento del brazo, percusión de la perforadora, rotación y avance. 8. Caja eléctrica conteniendo el interruptor principal y el arrancador y el equipo de protección. 9. Válvula reductora de la presión de agua. 10. Tambor del cable eléctrico.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 11. Bomba de agua. 12. Compresor. 13. Lubricador del aire.
Descripción de Sistemas
Sistema
posicionamiento del boom. Sistema de Agua: Para el barrido de la broca y enfriamiento del aceite
hidráulico. Sistema de Aire: Para lubricación y presurización del cabezal (front
head) de la perforadora. Sistema Eléctrico: Para la operación y control de los motores
Hidráulico:
para
percusión,
rotación,
avance
eléctricos.
Sistemas típicos de perforación
TIPOS DE MANGUERAS Y TUBERIAS UTILIZADAS EN EL RUBRO
y
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 TUBOS
HDPE o PEAD El polietileno de alta densidad (HDPE) es uno de los materiales más habituales ofrece ventajas para el transporte de fluidos en minería,
por
sus
características
estructurales, resistencia a la abrasión y a agentes químicos superior a otros materiales. El HDPE es un material inerte que no reacciona con casi ningún elemento, es por eso que es resistente a la corrosión, a la incrustación, etc. Su vida útil teórica es de 50 años trabajando a la intemperie, con temperaturas de operación de fluido entre 0 y 50 grados. Para temperaturas de trabajo mayores, su vida útil disminuye. Posee un radio de curvatura promedio de 20 veces su diámetro.
FRP Se destaca las tuberías FRP y su desempeño en el manejo de abrasivos. Estas están fabricadas con fibras de vidrio cortadas, resinas termoestables, como las resinas de poliéster o viniléster y agentes de refuerzo. Estos componentes están cubiertos por las resinas lo que crean una unión entre ellos. Dependiendo de los requerimientos necesarios de la tubería (rigidez, rango de presión y la resistencia química), la pared del tubo se construye sobre
la
producción controlado.
base
de
un
algoritmo
de
proceso
de
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Mediante el proceso de producción por centrifugado de Hobas el espesor de revestimiento es diseñado para satisfacer la aplicación designado de resistir
El lodo es el más dañino durante un período comparativamente largo. Los espesores suelen
ser
entre
1-10
milímetros.
También
pueden
fabricarse revestimientos más gruesos si se requiere. Según la compañía, con el proceso de centrifugado de Hobas se obtiene un revestimiento con poliuretano que forma completamente parte de la tubería. “Lo más importante está relacionado con la resistencia y la durabilidad de las tuberías de lodos. En muchos casos el ambiente también juega un papel importante, por ejemplo, las fluctuaciones en la temperatura y sustancias corrosivas del suelo, así como la propia suspensión afecta el material de la tubería y puede conducir a una falla de la tubería. Todos estos factores deben tenerse en cuenta en el diseño de un sistema de tuberías para aplicaciones difíciles”. Esto, porque la mayoría de los tipos de lodos de los desechos de minería son de sedimentación, es decir, comprende partículas más gruesas y suelen tener mayores capacidades abrasivas.
VC Los sistemas de conducción de fluidos industriales fabricados a partir de polímeros de VC CORZAN (policloruro de vinilo clorado) satisfacen los requerimientos críticos de plantas de procesos mineros e industriales como EW-SX, de producción de ácido sulfúrico y molibdeno, tratamientos de RILES, pilas de lixiviación, entre otros ambientes agresivos. Algunas de las ventajas de las tuberías y rios de VC CORZAN serían su bajo costo de instalación, bajo o nulo mantenimiento, sistema completo, disponibilidad global, resistencia a la temperatura, presión y
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 química (integridad mecánica), resistencia a la corrosión, incrustación y al fuego, economía costo versus beneficio.
MANGUERAS En algunas industrias es importante el correcto uso de herramientas, aditamentos o equipos para poder cumplir con la entrega de productos con la mejor calidad. Con nuevas tecnologías aplicadas a los hules y plásticos hoy en día existe una gran variedad de mangueras para cubrir casi todas las aplicaciones industriales. Una manguera es un tubo hueco diseñado para transportar fluidos de un lugar a otro, éstas generalmente son cilíndricas y para poder unirlas se utilizan distintos tipos de racores o coples. Las mangueras están diseñadas y construidas bajo normas de seguridad y cumpliendo ciertos requisitos como son:
Seguridad Flexibilidad Desempeño Resistencia Durabilidad
Tipos de mangueras Existen tres generalidades para poder clasificar las mangueras hidráulicas, las cuales son:
Mangueras de mediana presión: Su construcción se basa en una trenza de acero con una cubierta delgada y flexible, lo cual facilita el
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 ruteo de ensambles en los equipos. Resiste temperaturas entre-40° y +93° C máximo
Mangueras
de baja presión: Diseñadas para usarse en diferentes
aplicaciones con presiones de operación por debajo de los 300 PSI. Utilizados en circuito de frenos y para el transporte de aceites minerales. Su cubierta es de fibra textil sintética resistente a la abrasión y posee una malla trenzada de alambre de acero endurecida
Mangueras de alta presión: Son llamadas mangueras de dos alambres porque generalmente tienen un refuerzo de dos trenzas de alambre de acero de alta tensión.
Mangueras de extrema presión: Las mangueras de extrema presión y muy alta presión se utilizan para equipos de construcción y maquinaria de servicio pesado y para el transporte de aceites minerales resistentes en Tº de -40ºC y más 125ºC en donde suceden altos impulsos o incrementos súbitos de presión. En su interior posee una cubierta de caucho resistente a los aceites el refuerzo posee 6 mallas espiraladas de alambre de acero endurecida y templado.
PREVENCION DE ACCIDENTES LABORALES DE MAQUINARIAS GRUA MOVIL Riesgos más frecuentes:
Atrapamiento por vuelco de maquinas Atrapamiento por o entre objetos Caídas de personas a distinto nivel Atropellos o golpes con vehículos
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Choques contra objetos móviles Caída de objeto por desplome o derrumbamiento Exposición a os eléctricos. os térmicos. Sobreesfuerzos.
Medidas preventivas especificas
La grúa a utilizar en esta obra, tendrá al día el libro de mantenimiento,
en prevención de los riesgos de fallos mecánicos. El gancho o el doble gancho de la grúa estará dotado de pestillo o pestillos de seguridad, en prevención de riesgos de desprendimiento
de la carga. En el portón del de la obra, se le entregara al operador la
correspondiente. Se comprobara el correcto apoyo de los gatos estabilizadores antes
de entrar en servicio la grúa. Las maniobras de carga o descarga estarán siempre guiadas por un
especialista en prevención de los riesgos por maniobras incorrectas. Se prohíbe expresamente, sobrepasar la carga máxima itida por
el fabricante en función de la longitud en servicio del brazo. El gruista tendrá la carga siempre a la vista. Si esto no fuere posible,
las maniobras serán dirigidas por un señalista. Se prohíbe utilizar las grúas para arrastrar las cargas por ser una
maniobra insegura. Se prohíbe permanecer o realizar trabajos en un radio de 5 metros. Se prohíbe permanecer o realizar trabajos dentro el radio de acción de cargas suspendidas.
Equipos de protección personal
Ropa de trabajo adecuada. Casco de seguridad.
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Pantallas para la protección del rostro de la vista. Protección auditiva. Botas de seguridad con refuerzos metálicos. Guantes de seguridad. Cinturón de seguridad.
EXCAVADORA Equipos de protección personal
Lentes de seguridad. Casco de seguridad. Chaleco reflectante. Guantes. Botas de seguridad.
Medidas preventivas Se debe utilizar ropa adecuada puede quedarse atascada en controles
u otras partes de la máquina. Tenga a la mano un botiquín y un extintor contra incendios. Al realizar labores de mantenimientos e inspección confirme que todos los aditamentos y equipos de trabajo estén asegurados y con
dispositivos de seguridad colocados. No transporte a ningún pasajero sobre la máquina. Nunca opere una maquina en un área sin ventilación. Antes de empezar a excavar consulte sobre los servicios subterráneos
(agua, luz, gas, etc.). Revisar el área de trabajo para determinar obstáculos (piedras,
maleza, etc.) El uso del cinturón es obligatorio.
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Los espectadores deben de estar lejos del radio de la operación de la
máquina y a la vista del operario en todo momento. El sistema de ajuste de cadena contiene grasa a alta presión. Nunca ponga cara o cuerpo frente de la grasera al hacer mantenimiento ya que la válvula de descarga puede salir disparada si se le da más de
una vuelta al soltar grasa. Al subir o bajar de la maquina siempre utilice los s
correspondientes. El método correcto de subir o bajar de la maquina es utilizar 3 puntos:
dos manos y un pie, o dos pie y una mano. Al realizar tareas de mantenimiento colocar la maquina en un lugar
nivelado y con los dispositivos de seguridad. La limpieza de todos los componentes permite que trabajen
eficientemente dentro de las temperaturas y rangos permitidos. Al amanecer elementos inflamados colocarlos fuera del alcance de
riesgos potenciales. No utilizar elementos metálicos, cable o llave para verificar el estado de las baterías esto producirá un arco eléctrico ocasionando
quemaduras. Cuando el motor (caliente) esté funcionando nunca retire la tapa del refrigerante del motor. No utilizar guantes ni trapos la tapa debe poder
ser retirada con las manos desnudas (límite de temperatura). Antes de empezar una operación se debe realizar una inspección alrededor de la máquina.
PELIGROS
Los
circuitos
oleohidráulicos
trabajan
normalmente
con
altas
presiones, por lo que es muy importante conocer los riesgos a los que se está expuesto.
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Al trabajar con altas presiones se está expuesto a la eyección de aceite a alta presión, que puede llegar a cortar la piel y el aceite
introducirse debajo de ésta. Los circuitos hidráulicos normalmente desprende mucho calor, ya que llegan a temperaturas superiores a los 100 °C, por lo que al tocarlos pueden producir quemaduras de diversa consideración
RIESGOS EN FUENTES ENERGETICAS OLEOHIDRAULICA
CAMILO ARANEDA RUBEN CARRASCO LUIS CONTRERAS JAVIER OPORTO VANIA RUBILAR CARLOS RUIZ
Valdivia, 23 de Mayo de 2016
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INTRODUCCION La Hidráulica es una rama de la ingeniería que abarca el estudio de la presión y el caudal de los fluidos así como sus aplicaciones; se puede dividir en Hidráulica de agua o de aceite (Oleohidráulica) y Neumática cuando éste fluido es un gas. Historia
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Arquímedes, hacia el año 250 A.C., investigó alguno de los principios de la hidráulica, cuyas técnicas ya se empleaban con anterioridad, principalmente en sistemas de distribución de agua por ciudades. Desde entonces se fueron desarrollando diversos aparatos y técnicas para el movimiento, trasvase y aprovechamiento del agua. Finalmente en el año 1653 el científico francés Pascal descubrió el principio según el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite por igual en todas direcciones. En el siglo XVIII Joseph Bramah construyó el primer mecanismo hidráulico basado en la ley de Pascal: se trataba de una prensa hidráulica con un gran cilindro que movía un vástago en cuyo extremo se
aplicaba al material a prensar; la presión necesaria se obtenía por medio de una bomba manual y el líquido empleado fue agua. Ya en el siglo XX se descubrió que el empleo de aceites en lugar de agua facilitaba la lubricación de las piezas móviles de los componentes del sistema, al tiempo que se disminuía la oxidación de los mismos y las fugas de fluido, de ahí el nombre de Oleo-hidráulica o Hidráulica de aceite. Actualmente la Oleohidráulica y la Neumática son las dos técnicas más empleadas para la transmisión de energía, y en muchas de sus aplicaciones se combinan con controles electrónicos para proporcionar movimientos precisos y controlados.
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LA OLEOHIDRAULICA La oleohidráulica se define como la tecnología que trata de la producción, transmisión y control de movimientos y esfuerzos por medio de líquidos a presión, principalmente aceites, ayudados o no por elementos eléctricos y electrónicos. Los accionamientos realizados en las máquinas pueden ser mecánicos, eléctricos, electrónicos, neumáticos o hidráulicos, cada uno de los cuales tienen sus ventajas y sus inconvenientes. Los accionamientos hidráulicos tienen ventajas singulares, de tal manera que los hacen imprescindibles en la construcción de gran número de máquinas, siendo utilizados fundamentalmente en aquellas tecnologías donde se requiera
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 realizar importantes esfuerzos, principalmente lineales, y en los que se exija alta precisión, de tal manera que el desarrollo de éstas sin la oleohidráulica hubiera sido más limitado, o por lo menos diferente. Los campos de aplicación de la oleohidráulica son múltiples pero se pueden concretar en dos: •
Oleohidráulica estacionaria (máquinas herramientas, maquinaria textil,
prensas, siderurgia, industria de plásticos, cementeras, minería, industria y maquinaria pesa da en general). •
Oleohidráulica móvil (maquinaria de obras civiles, maquinaria agrícola,
automóviles, grúas, ferrocarriles, armamento, naves, aeronaves). Su campo de aplicación, en resumen, está donde se requiera realizar esfuerzos importantes Ventajas •
La oleohidráulica permite obtener elevados esfuerzos con elementos
de tamaño reducido por medio de grandes presiones. Pueden, por tanto, obtenerse importantes momentos y grandes potencias. La relación potencia/peso en hidráulica tiene un valor muy reducido entre 3 a 5 veces menor. •
Permite conseguir movimientos suaves, exentos de vibraciones con el
ritmo que se desee: movimientos rápidos de aproximación y retroceso con movimientos lentos de trabajo. La ausencia de vibraciones permite obtener acabados de calidad. •
Posibilidad de regular la carrera de trabajo con gran precisión.
•
Posibilidad de obtener ciclos automáticos de trabajo de manera similar
a la Neumática, pero con más lentitud.
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Fácil transformación de un movimiento giratorio en rectilíneo o lineal y
viceversa. •
Posibilidad de regular de manera continua los esfuerzos, momentos y
velocidades desde cero hasta una velocidad máxima. •
Las variaciones de presión pueden conseguirse de manera continua o
progresiva y a impulsos. •
Facilidad para invertir la marcha de manera cuasi instantánea.
•
Ausencia de problemas de sobrecarga, el accionamiento se parará
pero no se estropeará cuando la carga sea excesiva, poniéndose inmediatamente en marcha cuando descienda ésta. El accionamiento hidráulico parado consume energía, mientras que en el caso neumático el consumo es nulo. •
Facilidad para evitar sobrepresiones mediante válvulas de seguridad.
•
Posibilidad, aunque limitada, de ubicar el sistema hidráulico donde se
desee, independientemente de los otros órganos de la máquina. En combinación con la electricidad, la electrónica y la informática se han conseguido una gran simplicidad en el mando y facilidad de regulación, constituyendo un tándem de grandísimas posibilidades y realidades. Abre paso al mando a distancia. Se suele afirmar que la electricidad constituye los nervios y la hidráulica los músculos.
Desventajas Por el contrario la oleohidráulica tiene algunos defectos:
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El aceite que se utiliza, para transmitir la energía, por lo general, es un
derivado del petróleo, lo que lo hace un fluido muy contamínate. •
Los movimientos no son tan perfectos como se quisiera debido a la
falta de módulo de elasticidad volumétrico de los líquidos no es infinito, es decir, su compresibilidad no es nula. La variación de viscosidad del aceite con la temperatura y la presión produce variaciones en las pérdidas de carga en los conductos y en las válvulas y modifica el volumen de fugas. •
Las pérdidas de carga en las tuberías y válvulas disminuyen el
rendimiento del sistema y limitan las velocidades en las tuberías, para que aquellas no lleguen a valores excesivos. •
Las pérdidas por fugas en cilindros y sistemas de sellado disminuyen
el rendimiento del sistema y las velocidades de desplazamiento de los actuadores. •
Evitar las fugas de aceite, exige de tuberías, conectores, flexibles de
buena calidad, cilindros, bombas y válvulas con mecanizados de alta precisión y por lo que esto se traduce en elevados costos en la implementación del sistema hidráulico. •
Los elementos utilizados son algo ruidosos, del orden de 80 a 100
decibelios, concentrándose especialmente en la zona de la bomba y el motor. •
En determinados casos la tecnología se complica y requiere
especialistas en su uso y mantenimiento. Todas las ventajas, pese a los inconvenientes citados, hacen a la hidráulica extraordinariamente útil y muy empleada en numerosas tecnologías, debido a su potencia y versatilidad.
Leyes oleohidráulicas
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 La oleohidráulica se rige por las mismas leyes que los circuitos hidráulicos de agua. Las leyes más importantes de la hidráulica son: •
Ley de Pascal: el incremento de presión aplicado a una superficie de
un fluido incompresible (líquido), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo.
La fuerza se transmite de igual manera en todas las direcciones.
•
Principio de Bernoulli: en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento)
en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.
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Propiedades de los Fluidos Oleohidráulicos Viscosidad Es la característica más importante de un fluido, por medio de la cual se obtiene su capacidad física de lubricación. Se puede definir como la resistencia interna que ofrecen entre sí las moléculas al deslizarse unas sobre otras. Esta definición viene a ser la expresión de la Ley de Sir Isaac Newton, formulada en 1668, por la que se determina la necesidad de emplear una fuerza para vencer la resistencia de fluencia de un líquido, que es similar a la resistencia al deslizamiento de un sólido. La fluencia de un líquido se denomina laminar cuando el deslizamiento de las láminas líquidas que conforman el fluido en movimiento se comporta como las láminas (cartas) de una baraja, al deslizarse unas sobre otras. Si éstas se deslizaran sin ningún rozamiento (en el caso de láminas líquidas), el fluido sería perfecto, es decir, sin viscosidad. Cuando existe frotamiento entre láminas vecinas aparece la viscosidad. En estado de reposo no se distingue un líquido perfecto de uno viscoso. La viscosidad se manifiesta si se le provoca un movimiento interno mediante algún medio: escurrimiento, caída de un cuerpo pesado o ascensión de uno ligero en el seno del líquido, etc., en donde el fluido opone una resistencia al deslizamiento interno de sus moléculas. La viscosidad depende fundamentalmente de la naturaleza o base del lubricante (nafténica, parafínica, mixta, etc.), como también de la temperatura y la presión, siendo estos dos últimos parámetros los que más afectan al aceite.
Viscosidad Dinámica: Representa la viscosidad real de un líquido y se obtiene mediante un sistema de depresión de precisión. Se mide el tiempo necesario para llenar de abajo hacia arriba una cavidad unida a un tubo capilar, pero situada por encima de él, de forma que el fluido
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 analizado pasa primero por el tubo (por aspiración) para entrar a continuación en la cavidad.
Viscosidad Cinemática: Se define como el tiempo que demora en pasar el líquido de arriba hacia abajo (por su propia masa). La medida de la viscosidad se realiza mediante unos aparatos denominados viscosímetros. Los hay de diferentes tipos: caída de bola, Engler, Saybolt, Redwood, etc. Todos ellos están basados en la caída del fluido a una temperatura determinada. En todos, el tiempo de caída de una determinada cantidad del fluido a testear, multiplicado por la constante del aparato, proporcionará directamente la viscosidad en grados Engler, segundos Saybolt, segundos Redwood, etc.
La figura muestra un viscosímetro de caída de bola, en el cual se obtiene la viscosidad relativa del fluido a testear en función de las viscosidades conocidas de otros fluidos.
Índice de Viscosidad
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Se define como un coeficiente que permite juzgar el comportamiento de la viscosidad de un fluido; está en función de la elevación o disminución de la temperatura a que está sometido el fluido. En el lenguaje común, la denominación S.A.E. (Society of Automotive Engineers), seguida de un número, se utiliza corrientemente para designar el índice de viscosidad de un aceite. Cuanto mayor sea el índice de viscosidad, tanto menor será la variación de la viscosidad de éste con las variaciones de temperatura.
Punto de Inflamación Se denomina así a la temperatura en la que los vapores de la superficie del fluido se inflaman al o con una llama, y que desaparece al retirar la llama. Si se sigue subiendo la temperatura, se llegará a un punto en el que el aceite seguirá ardiendo después de retirar la llama: es el punto de combustión. Si se calienta el fluido hasta la temperatura adecuada, se llega a un punto en el que el aceite comienza a arder espontáneamente, sin necesidad de acercarle ninguna llama: es el punto de auto ignición o punto de auto inflamación, el cual es muy superior a los anteriores. Un descenso acusado del punto de inflamación indica una contaminación con disolventes, gasolinas, gasóleo, etc., y también viene acompañado por un descenso de la viscosidad. Este caso suele ser raro en fluidos hidráulicos, pero frecuente en aceites de motor. Es importante el dato del punto de inflamación puesto que da una idea sobre la seguridad de la utilización de un fluido, tanto en cuanto a riesgo de fuego, como de volatilidad y evaporación (humos).
Punto de Congelación Esta característica es una de las más importantes cuando los sistemas hidráulicos se destinan a trabajar a temperaturas ambiente muy bajas. En efecto, desde que se pone en marcha el motor de la máquina, el fluido debe
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 estar en condiciones de circular inmediatamente a través de las tuberías. El punto de congelación viene ligado al desparafinado de los aceites, es decir, los aceites de naturaleza nafténica tienen puntos de congelación inferiores a los aceites de naturaleza parafínica. Para obtener el punto de congelación o de coagulación de un aceite, se puede obtener por enfriamiento (descenso de la temperatura) o por calentamiento progresivo. Los aceites sometidos a un descenso gradual de temperatura llegan a un punto en el que comienzan a enturbiarse debido a la formación de microcristales de parafina. A esta temperatura se le denomina punto de niebla (cloud point). A pesar de que el fluido aún mantiene su movilidad, este punto debe tenerse en cuenta en ciertas aplicaciones tales como compresores frigoríficos, puesto que a partir de este punto pueden existir dificultades con las válvulas y discontinuidad de película lubricante. Si se continúa bajando la temperatura, los cristales de parafina aumentarán de tamaño, hasta llegar a un punto en el que el fluido no presenta movilidad alguna: es el punto de congelación. En general un aceite mineral no debe utilizarse a una temperatura inferior a 10º C por encima de su punto de congelación. Es decir, si un aceite tiene de punto de congelación -30º C, no se utilizará a temperaturas inferiores a -20º C.
Índice de Neutralización Indica un estado de degradación del fluido. Los aceites hidráulicos poseen, inicialmente, una determinada acidez que proviene del propio aceite base (mínima y prácticamente despreciable) y de los aditivos que conlleva. Con el uso, al estar sometido a presiones y temperaturas elevadas, los aceites pueden sufrir un proceso de oxidación, el cual va a degenerar en una acidificación. Esta acidez proveniente de la oxidación que, a su vez, va a producir un ataque corrosivo a las piezas del sistema. Los aceites minerales, por su propia naturaleza, son resistentes a la oxidación. Los restantes fluidos se comportan de diversas maneras. No obstante, todos los buenos fluidos
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 hidráulicos llevan incorporados aditivos antioxidantes con el fin de retardar al máximo este efecto. Un incremento del índice de acidez del orden del 100% sobre la acidez inicial es motivo de un estudio de sus causas puesto que el incremento puede ser progresivo y acelerado (período de inducción).
Poder Anticorrosivo Los aditivos anticorrosivos combaten la acción de la humedad y el óxido sobre los órganos pilotos de un circuito. Estos aditivos se interponen entre las superficies metálicas y el agua. Hay que reconocer que por muy bien que esté concebido un circuito, igual entrará el agua. Se ha observado que los circuitos de funcionamiento intermitente se ven más afectados por esta acción que los sistemas de funcionamiento continuo. Un fluido hidráulico, además de presentar una gran resistencia a oxidarse, debe poseer cualidades protectoras para el sistema. El fluido deberá proteger de la corrosión al acero y a los metales amarillos (latón, bronce) que pudiera tener el sistema, así como su inercia frente a los materiales sellantes (juntas), manguitos y latiguillos.
Punto de Anilina El punto de anilina de un fluido define su poder disolvente y permite prever aproximadamente su acción sobre los sellos y las guarniciones interiores de las tuberías (flexibles). Guarda una estrecha relación con el hinchamiento de los cauchos sintéticos por inmersión. Según sea el material con que están fabricados los dispositivos de estanqueidad o de revestimiento, examinemos los fenómenos que pueden observarse por encima o por debajo del punto de anilina ideal. Para un valor superior al punto de anilina ideal:
Reblandecimiento
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Hinchamiento Disgregación del material.
Para un valor inferior:
Endurecimiento del material.
Índice de Desemulsión Se define como la menor o mayor facilidad que presenta un aceite para separarse del agua que pudiera contener. El agua y el aceite dan origen a las emulsiones, de las cuales se derivan unos lodos sobre los que se van fijando las impurezas y diferentes partículas arrastradas por el aceite. La presencia de agua en aceites minerales es siempre perniciosa, y es muy crítica en los fluidos de transformadores, máquinas frigoríficas, instrumentos de precisión, etc. En general es rechazable en todos los casos por los problemas de corrosión que produce, rotura de película lubricante y variaciones de viscosidad. Un contenido en agua, en emulsión estable, del 0,3 al 0,5%, puede ser crítico para el sistema y se deberá proceder a su eliminación. En los aceites nuevos, es muy importante su potencial de separación de agua, de forma que, caso de entrada al sistema, la separe rápidamente por diferencia de densidades. El índice de desemulsión se determina poniendo en una probeta cilíndrica 27 cc del aceite a analizar y 53 cc de agua destilada. A continuación los líquidos se someten y mantienen a la temperatura de 54,4 °C para los aceites poco viscosos y para los viscosos 82,2 °C. Mediante una probeta rectangular de 120 x 20 x 1,5 mm, girando a 1500 rpm, se agita la mezcla durante 5 min. Una vez terminado el batido, se anota cada 60 s el volumen de aceite que flota sobre la mezcla (aceite que se separa del agua). Estas indicaciones permiten determinar el índice:
1 cc de aceite separado en 1 min = I60 cc/h 5 cc de aceite separado en 1 min = I300 cc/h
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Poder Antiespumante Se define como la facilidad con que el aire se separa del fluido para no formar burbujas, ya que el fluido no se comportaría como una barra de acero (el fluido sería compresible). Sin embargo, todo aceite contiene aire. Las espumas se forman en los circuitos por un batido del fluido: consisten en unas esferas o glóbulos de aire, de muy diversos tamaños, que pueden provocar una discontinuidad de película lubricante, un incremento de la oxidación del aceite, una corrosión de las superficies metálicas y unas considerables diferencias de compresibilidad en el fluido hidráulico, además de formar una capa superficial que impide el normal enfriamiento del lubricante. Por estos motivos se aditivan los fluidos con agentes antiespumantes.
Filtrabilidad Existen diversas pruebas sobre las características que debe presentar un fluido frente a un filtro. La filtrabilidad es la capacidad o facilidad que presenta un fluido a ser filtrado. Según el tipo de medio filtrante y la temperatura de trabajo, la presencia de agua u otros aditivos puede reducir notablemente la filtrabilidad del aceite.
Cambio Volumétrico El coeficiente de dilatación del aceite es relativamente grande; este factor se ha de tener muy en cuenta cuando se trate de instalaciones con un gran volumen de aceite y en los componentes o sistemas estancos (el aceite se mantiene presurizado en un elemento o línea durante un largo período). El
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 incremento del volumen por cada 10º de incremento en la temperatura, es de un 0,7% aproximadamente.
Compresibilidad En la mayoría de aplicaciones no es necesario considerar la compresibilidad de fluido; sin embargo, en algunas circunstancias este factor debe ser considerado para evitar posibles problemas de funcionamiento del sistema:
Gran distancia entre el elemento de control y el receptor. Cilindros de largos recorridos con bajas velocidades. Accionamiento de cilindros paralelos o motores en rotación con cargas desiguales.
APLICACIONES DE LA OLEOHIDRAULICA La hidráulica estudia la transmisión de la energía empujando un líquido. Es sólo un medio de transmisión, no una fuente de potencia que sería el accionador primario (motor eléctrico, motor de explosión, tracción animal, etc.). La energía generada por esta fuente primaria se transmite al fluido que la transporta hasta el punto requerido, volviendo a convertirla en energía mecánica por medio de un accionador. El elemento del circuito que absorbe la energía mecánica, de la fuente de potencia, y la transforma en hidráulica es la bomba del circuito. Los accionadores que posteriormente transforman la energía hidráulica en mecánica pueden ser motores o cilindros, según se desee obtener un movimiento rotativo o lineal respectivamente, y entre los elementos de
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 bombeo y los accionadores se intercalarán los elementos de regulación y control necesarios para el correcto funcionamiento del sistema. En resumen: un motor proporciona una determinada energía mecánica a una bomba, y ésta, según la energía que recibe, suministra una determinada energía hidráulica, la cual se transfiere bajo forma de caudal y presión y mediante un fluido hidráulico (u oleohidráulico), a un pistón donde se vuelve a transformar en la energía mecánica necesaria para realizar un trabajo.
La figura representa esquemáticamente un sistema de transmisión de energía.
APLICACIONES DE LA OLEOHIDRAULICA
Sector manutención. En líneas automáticas de transporte interno. Sector de prensas y cizallas. Industria Siderúrgica: laminadores en frío y en caliente, líneas de acabado y máquinas de colada continua. Maquinas – herramientas
(tornos y fresadoras). Industria eléctrica. Turbinas e interruptores de alta presión. Industria química. Mezcladores y en ambientes explosivos. Industria Electromecánica. Hornos de fusión, tratamientos térmicos y soldaduras automáticas. Maquinaria agrícola, barcos, aviones.
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Industria Textil. Máquinas de estampado de tejidos y telares. Industria de la madera y el papel. Maquinas continuas, rotativas, impresoras y periódicos.
DISPOSICION DE LOS CIRCUITOS OLEOHIDRAULICOS Están formados por una serie de elementos que utilizan el aceite como agente de transporte y con los que puede obtenerse energía mecánica. De
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 modo semejante a lo que ocurría en los circuitos neumáticos, los elementos básicos de un circuito oleohidráulico son:
Unidad hidráulica. Válvulas distribuidoras. Elementos de trabajo o actuadores. Elementos auxiliares.
Unidad hidráulica La unidad hidráulica está compuesta por un depósito, los filtros, la bomba y la válvula reguladora de presión. El depósito es un recipiente de hierro que contiene al aceite. Su contenido se controla a través de una mirilla que dispone de marcas de nivel máximo y nivel mínimo. Los filtros se encargan de eliminar las partículas sólidas que puedan presentar el aceite. La bomba aspira el aceite del depósito a través del filtro, se mueve mediante motor eléctrico. La válvula reguladora de presión como su nombre lo dice regula la presión y cuando la presión se eleva demasiado, la válvula abre un conducto para liberar aceite para que baje la presión.
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Válvulas distribuidoras Las
válvulas
distribuidoras
permiten
gobernar los elementos de trabajo o actuadores. Como en el caso de las válvulas
neumáticas.
Se
denominan
según un número de vías y de posiciones de trabajo: 2/2, 3/2, 4/2 etc. Pueden ser accionadas eléctricamente, en cuyo caso se llamarían electroválvulas.
Elementos de trabajo Reciben el aceite en perfectas condiciones y convierten su energía en presión en trabajo. Fundamentalmente hay dos: cilindros y motores.
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Los cilindros transforman la presión
del
aceite
en
energía
de
un
movimiento rectilíneo alternativo.
Los motores la transforman en movimiento circular.
Los cilindros oleohidráulicos transforman la energía el aceite en energía mecánica los hay de simple efecto y doble efecto
Cilindro de simple efecto efectúa el movimiento de avance, venciendo la acción de resorte, gracias a la presión del aceite sobre una cara del embolo. El movimiento de retroceso se consigue por la acción del
resorte, el aceite entra y sale del cilindro por el mismo orificio. El cilindro de doble efecto, tanto el movimiento de avance como el de retroceso se logran por la presión del aceite sobre ambas caras del embolo, para ello dispone de dos orificios de entrada y salida e aceite situados en ambos extremos.
Los cilindros oleohidráulico poseen los mismos elementos básicos que los neumáticos: tubo de acero, embolo, vástagos y orificios de entrada y salida pero además dispone de otros elementos como:
Las juntas de estanqueidad, colocadas en el embolo, evitan las fugas
de aceite que podrían provocar pérdidas de presión. El dispositivo de purga permite eliminar las bolsas de aire que puedan formarse en el seno del aceite y que también originan perdidas de presión.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Los motores oleohidráulicos son actuadores capaces de transformar la energía de presión del aceite en un movimiento de giro. Estos motores son accionados por el aceite a presión que les llega y desarrollan un movimiento rotativo continuo.
Elementos auxiliares Preparan el aceite en condiciones óptimas de limpieza, presión y caudal para conseguir el máximo rendimiento. Están formados por válvulas y filtros:
Las válvulas tienen el mismo nombre que las neumáticas: anti retorno, reguladora de caudal, reguladora de presión y selectora del circuito.
Los filtros llevan a cabo una segunda limpieza del aceite.
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DESCRIPCION DEL SISTEMA OLEOHIDRAULICO EN LA MINERIA La mayoría de los procesos mineros de rajo abierto o minería subterránea utilizan maquinaria o sistemas que utilizan sistemas oleohidráulicos.
Perforadoras Perforación de rocas, es la rotura que se realiza en un determinado cuerpo (roca, terreno) de una profundidad determinada en forma de testigos circulares o cilíndricos para luego arrancar o volar el material requerido. Para aquello se utilizan perforadoras.
Excavadoras
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 En
explotaciones a cielo abierto se utiliza ampliamente las excavadoras de un solo cucharón y dentro de estas excavadoras predominan: las palas mecánicas y las dragas. Las palas mecánicas o excavadoras de un cucharón se utilizan en variadas condiciones mineras y con cualquier dureza de roca. Las rocas blandas se excavan por palas mecánicas sin empleo de explosivos. Las rocas semiduras se explotan sin desgarramiento de explosivos o con pequeñas cantidades de explosivos. Para la excavación de rocas duras el empleo del explosivo es obligatorio. La excavabilidad del suelo es de mayor importancia en la selección del equipo de excavación. Esto depende de varios factores: dureza del suelo intacto, resistencia propiedades abrasivas de los minerales constituyentes, densidad in situ y de material suelto, pegabilidad, grado de preparación del suelo, fragmentación, etc. Cargador frontal En minería a cielo abierto este tipo de máquina se encuentra en gran variedad de tamaños, construido sobre orugas o sobre ruedas con neumáticos de caucho y con accionamiento sobre dos o sobre cuatro ejes.
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Cargadores sobre orugas En minería a cielo abierto la cargadora sobre orugas es principalmente una máquina de apoyo. Si bien no tiene la movilidad de una cargadora sobre neumáticos es mucho más móvil que la pala mecánica y se utiliza principalmente en excavación de planos inclinados. Para la carga en frentes de canteras la maquina sigue un camino en V con un ciclo total de 0.7 a 1.7 min.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Para la excavación de trincheras inclinadas etc., un tiempo fijo de 0.65 min. Es normal y la velocidad promedio de 4 Km/h puede ser utilizada para calcular el tiempo variable.
Equipos de acarreo y transporte en minería superficial transporte por camiones En explotación a cielo abierto, el medio más utilizado de transporte de las rocas y de materia útil son los camiones y los tractores. La habilidad de los camiones para operar en condiciones de rápido avance del frente, en explotaciones en terreno montañoso, en extracción selectiva, en trabajos de niveles profundos.
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Debido a la naturaleza del entorno de trabajo, la minería subterránea mecanizada no puede ofrecer una visibilidad más amplia de las operaciones de superficie de los camiones y palas a gran escala y el espacio abierto, necesario para los típicos patrones de carga de múltiples camiones, simplemente no se encuentra disponible en la minería subterránea. Sin embargo, los elementos básicos de la selección de equipos para la flota de superficie, tales como el tamaño apropiado para las condiciones del sitio, la concordancia correcta de pasadas entre cargadores y camiones y la configuración correcta de las máquinas para una seguridad, confiabilidad y mantención óptimas, son válidos y tal vez incluso más críticos en las operaciones subterráneas, donde el tamaño y la capacidad de los equipos de la flota e individuales se ven a menudo condicionados por las limitaciones del espacio de trabajo.
DISTRIBUCION DE UN SISTEMA OLEHIDRAULICO EN MINERIA
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 A continuación se expondrá una de las distintas maquinarias que se utilizan en la industria minera:
Jumbo minero o Perforadora Rotopercutora Los jumbos mineros están compuestos por un conjunto de martillos perforadores montados sobre brazos articulados de accionamiento hidráulico para la ejecución de los trabajos de perforación por el frente. La función principal de estos equipos es la perforación de avance o desarrollos horizontales, así como también la excavación vertical o radial para fortificación del túnel.
Perforadora Jumbo para túnel
¿Cuál es el principio de operación de estos equipos? Básicamente la perforación se basa en el impacto de una pieza de acero (pistón), que transmite la energía a la roca por medio de un elemento final (broca o bit). Fundamentos de la Perforación Rotopercutiva
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 PERCUSIÓN: La energía mecánica utilizada por este método de perforación es Energía Cinética, que se transmite desde el pistón hacia la broca en forma de onda de choque. Cuando la onda de choque alcanza la broca, una parte de la energía se transforma en trabajo haciendo penetrar la broca y el resto se refleja y retrocede a través del varillaje.
ROTACIÓN: La rotación hace girar la broca entre impactos sucesivos, tiene como misión hacer que ésta actúe sobre puntos distintos de la roca en el fondo de la perforación. 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.
Broca de perforación o bit
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EMPUJE: Con el fin de asegurar una buena transmisión de la energía a la roca, la broca o bit debe estar en o 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 bit. Importante:
Empuje velocidad
Insuficiente de
baja
penetración,
produce mayor desgaste Empuje excesivo baja velocidad
de
la
la
penetración,
dificulta desenroscado de barras y aumenta desviación de tiros
BARRIDO: Para que la perforación resulte eficaz, es necesario que el fondo de la perforación se mantenga constantemente limpio evacuando el detrito 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.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Importante:
El barrido con aire se utiliza en trabajos a cielo abierto, donde el polvo producido puede eliminarse por medio de captadores. El barrido con agua es el sistema más utilizado en perforación subterránea que sirve
además para suprimir el polvo. Las partículas se evacuan por el espacio anular comprendido entre las
barras y la pared de la perforación. Importancia del detritus como material de taco.
Perforación Hidráulica Principios Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos que una neumática. La diferencia más importante entre ambos sistemas esta referido a 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. Características típicas de estos equipos.
Presión de Trabajo: Frecuencia de golpeo: Velocidad de rotación: Consumo relativo de aire:
7.5 a 25 MPa 2000-5000 golpes/min 0 a 500 RPM 0.6-0.9 (m3/min. cm diámetro)
Ventajas
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. Por lo tanto, la utilización de la energía es más eficiente, siendo necesario sólo 1/3 de la que se consume con los equipos neumáticos.
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Menor costo de rios de perforación: La forma de la onda de choque es mucho más 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 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, las velocidades de penetración de las perforadoras hidráulicas son de un 50% a un 100% mayor que los
equipos neumáticos. Mejores condiciones ambientales: Los niveles de ruido en una perforadora hidráulica son sensiblemente menores a los generados por una neumática, debido a la ausencia del escape de aire. Además, la hidráulica ha permitido un mejor diseño de los equipos, haciendo que las condiciones generales de trabajo y seguridad sean mucho
más favorables. Mayor elasticidad de la operación: Es posible variar dentro de la perforadora la presión de accionamiento del sistema, la energía por
golpe y frecuencia de percusión. Mayor facilidad para la automatización: Estos equipos son mucho más aptos para la automatización de operaciones, tales como el cambio de varillaje, mecanismos antiatranque, etc.
Limitaciones
Mayor inversión inicial Reparaciones más complejas y costosas que en las perforadoras neumáticas, requiriéndose una mejor organización y formación de personal de mantenimiento.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Partes principales de un Jumbo Hidráulico En la figura que se presenta a continuación podremos apreciar las principales partes de un Jumbo Hidráulico.
Principios de operación del jumbo hidráulico
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Componentes del Jumbo Hidráulico 1. 2. 3. 4. 5.
Carro (Carrier) Perforadora Hidráulica Viga de avance con parada y retorno automáticos. Brazo con paralelismo automático. de Control conteniendo las válvulas para perforación y
funciones automáticas. 6. Enfriador de aceite. 7. Paquete de poder Hidráulico, con el motor eléctrico acoplado a una doble o triple bomba hidráulica, alimentadas de aceite desde el tanque hidráulico. Las bombas hidráulicas proveen la energía hidráulica necesaria para el movimiento del brazo, percusión de la perforadora, rotación y avance. 8. Caja eléctrica conteniendo el interruptor principal y el arrancador y el equipo de protección. 9. Válvula reductora de la presión de agua. 10. Tambor del cable eléctrico.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 11. Bomba de agua. 12. Compresor. 13. Lubricador del aire.
Descripción de Sistemas
Sistema
posicionamiento del boom. Sistema de Agua: Para el barrido de la broca y enfriamiento del aceite
hidráulico. Sistema de Aire: Para lubricación y presurización del cabezal (front
head) de la perforadora. Sistema Eléctrico: Para la operación y control de los motores
Hidráulico:
para
percusión,
rotación,
avance
eléctricos.
Sistemas típicos de perforación
TIPOS DE MANGUERAS Y TUBERIAS UTILIZADAS EN EL RUBRO
y
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 TUBOS
HDPE o PEAD El polietileno de alta densidad (HDPE) es uno de los materiales más habituales ofrece ventajas para el transporte de fluidos en minería,
por
sus
características
estructurales, resistencia a la abrasión y a agentes químicos superior a otros materiales. El HDPE es un material inerte que no reacciona con casi ningún elemento, es por eso que es resistente a la corrosión, a la incrustación, etc. Su vida útil teórica es de 50 años trabajando a la intemperie, con temperaturas de operación de fluido entre 0 y 50 grados. Para temperaturas de trabajo mayores, su vida útil disminuye. Posee un radio de curvatura promedio de 20 veces su diámetro.
FRP Se destaca las tuberías FRP y su desempeño en el manejo de abrasivos. Estas están fabricadas con fibras de vidrio cortadas, resinas termoestables, como las resinas de poliéster o viniléster y agentes de refuerzo. Estos componentes están cubiertos por las resinas lo que crean una unión entre ellos. Dependiendo de los requerimientos necesarios de la tubería (rigidez, rango de presión y la resistencia química), la pared del tubo se construye sobre
la
producción controlado.
base
de
un
algoritmo
de
proceso
de
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 Mediante el proceso de producción por centrifugado de Hobas el espesor de revestimiento es diseñado para satisfacer la aplicación designado de resistir
El lodo es el más dañino durante un período comparativamente largo. Los espesores suelen
ser
entre
1-10
milímetros.
También
pueden
fabricarse revestimientos más gruesos si se requiere. Según la compañía, con el proceso de centrifugado de Hobas se obtiene un revestimiento con poliuretano que forma completamente parte de la tubería. “Lo más importante está relacionado con la resistencia y la durabilidad de las tuberías de lodos. En muchos casos el ambiente también juega un papel importante, por ejemplo, las fluctuaciones en la temperatura y sustancias corrosivas del suelo, así como la propia suspensión afecta el material de la tubería y puede conducir a una falla de la tubería. Todos estos factores deben tenerse en cuenta en el diseño de un sistema de tuberías para aplicaciones difíciles”. Esto, porque la mayoría de los tipos de lodos de los desechos de minería son de sedimentación, es decir, comprende partículas más gruesas y suelen tener mayores capacidades abrasivas.
VC Los sistemas de conducción de fluidos industriales fabricados a partir de polímeros de VC CORZAN (policloruro de vinilo clorado) satisfacen los requerimientos críticos de plantas de procesos mineros e industriales como EW-SX, de producción de ácido sulfúrico y molibdeno, tratamientos de RILES, pilas de lixiviación, entre otros ambientes agresivos. Algunas de las ventajas de las tuberías y rios de VC CORZAN serían su bajo costo de instalación, bajo o nulo mantenimiento, sistema completo, disponibilidad global, resistencia a la temperatura, presión y
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 química (integridad mecánica), resistencia a la corrosión, incrustación y al fuego, economía costo versus beneficio.
MANGUERAS En algunas industrias es importante el correcto uso de herramientas, aditamentos o equipos para poder cumplir con la entrega de productos con la mejor calidad. Con nuevas tecnologías aplicadas a los hules y plásticos hoy en día existe una gran variedad de mangueras para cubrir casi todas las aplicaciones industriales. Una manguera es un tubo hueco diseñado para transportar fluidos de un lugar a otro, éstas generalmente son cilíndricas y para poder unirlas se utilizan distintos tipos de racores o coples. Las mangueras están diseñadas y construidas bajo normas de seguridad y cumpliendo ciertos requisitos como son:
Seguridad Flexibilidad Desempeño Resistencia Durabilidad
Tipos de mangueras Existen tres generalidades para poder clasificar las mangueras hidráulicas, las cuales son:
Mangueras de mediana presión: Su construcción se basa en una trenza de acero con una cubierta delgada y flexible, lo cual facilita el
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3 ruteo de ensambles en los equipos. Resiste temperaturas entre-40° y +93° C máximo
Mangueras
de baja presión: Diseñadas para usarse en diferentes
aplicaciones con presiones de operación por debajo de los 300 PSI. Utilizados en circuito de frenos y para el transporte de aceites minerales. Su cubierta es de fibra textil sintética resistente a la abrasión y posee una malla trenzada de alambre de acero endurecida
Mangueras de alta presión: Son llamadas mangueras de dos alambres porque generalmente tienen un refuerzo de dos trenzas de alambre de acero de alta tensión.
Mangueras de extrema presión: Las mangueras de extrema presión y muy alta presión se utilizan para equipos de construcción y maquinaria de servicio pesado y para el transporte de aceites minerales resistentes en Tº de -40ºC y más 125ºC en donde suceden altos impulsos o incrementos súbitos de presión. En su interior posee una cubierta de caucho resistente a los aceites el refuerzo posee 6 mallas espiraladas de alambre de acero endurecida y templado.
PREVENCION DE ACCIDENTES LABORALES DE MAQUINARIAS GRUA MOVIL Riesgos más frecuentes:
Atrapamiento por vuelco de maquinas Atrapamiento por o entre objetos Caídas de personas a distinto nivel Atropellos o golpes con vehículos
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Choques contra objetos móviles Caída de objeto por desplome o derrumbamiento Exposición a os eléctricos. os térmicos. Sobreesfuerzos.
Medidas preventivas especificas
La grúa a utilizar en esta obra, tendrá al día el libro de mantenimiento,
en prevención de los riesgos de fallos mecánicos. El gancho o el doble gancho de la grúa estará dotado de pestillo o pestillos de seguridad, en prevención de riesgos de desprendimiento
de la carga. En el portón del de la obra, se le entregara al operador la
correspondiente. Se comprobara el correcto apoyo de los gatos estabilizadores antes
de entrar en servicio la grúa. Las maniobras de carga o descarga estarán siempre guiadas por un
especialista en prevención de los riesgos por maniobras incorrectas. Se prohíbe expresamente, sobrepasar la carga máxima itida por
el fabricante en función de la longitud en servicio del brazo. El gruista tendrá la carga siempre a la vista. Si esto no fuere posible,
las maniobras serán dirigidas por un señalista. Se prohíbe utilizar las grúas para arrastrar las cargas por ser una
maniobra insegura. Se prohíbe permanecer o realizar trabajos en un radio de 5 metros. Se prohíbe permanecer o realizar trabajos dentro el radio de acción de cargas suspendidas.
Equipos de protección personal
Ropa de trabajo adecuada. Casco de seguridad.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3
Pantallas para la protección del rostro de la vista. Protección auditiva. Botas de seguridad con refuerzos metálicos. Guantes de seguridad. Cinturón de seguridad.
EXCAVADORA Equipos de protección personal
Lentes de seguridad. Casco de seguridad. Chaleco reflectante. Guantes. Botas de seguridad.
Medidas preventivas Se debe utilizar ropa adecuada puede quedarse atascada en controles
u otras partes de la máquina. Tenga a la mano un botiquín y un extintor contra incendios. Al realizar labores de mantenimientos e inspección confirme que todos los aditamentos y equipos de trabajo estén asegurados y con
dispositivos de seguridad colocados. No transporte a ningún pasajero sobre la máquina. Nunca opere una maquina en un área sin ventilación. Antes de empezar a excavar consulte sobre los servicios subterráneos
(agua, luz, gas, etc.). Revisar el área de trabajo para determinar obstáculos (piedras,
maleza, etc.) El uso del cinturón es obligatorio.
Universidad Santo Tomás, Técnico Prevención de Riesgos, Sección 1, Semestre Nº 3
Los espectadores deben de estar lejos del radio de la operación de la
máquina y a la vista del operario en todo momento. El sistema de ajuste de cadena contiene grasa a alta presión. Nunca ponga cara o cuerpo frente de la grasera al hacer mantenimiento ya que la válvula de descarga puede salir disparada si se le da más de
una vuelta al soltar grasa. Al subir o bajar de la maquina siempre utilice los s
correspondientes. El método correcto de subir o bajar de la maquina es utilizar 3 puntos:
dos manos y un pie, o dos pie y una mano. Al realizar tareas de mantenimiento colocar la maquina en un lugar
nivelado y con los dispositivos de seguridad. La limpieza de todos los componentes permite que trabajen
eficientemente dentro de las temperaturas y rangos permitidos. Al amanecer elementos inflamados colocarlos fuera del alcance de
riesgos potenciales. No utilizar elementos metálicos, cable o llave para verificar el estado de las baterías esto producirá un arco eléctrico ocasionando
quemaduras. Cuando el motor (caliente) esté funcionando nunca retire la tapa del refrigerante del motor. No utilizar guantes ni trapos la tapa debe poder
ser retirada con las manos desnudas (límite de temperatura). Antes de empezar una operación se debe realizar una inspección alrededor de la máquina.
PELIGROS
Los
circuitos
oleohidráulicos
trabajan
normalmente
con
altas
presiones, por lo que es muy importante conocer los riesgos a los que se está expuesto.
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Al trabajar con altas presiones se está expuesto a la eyección de aceite a alta presión, que puede llegar a cortar la piel y el aceite
introducirse debajo de ésta. Los circuitos hidráulicos normalmente desprende mucho calor, ya que llegan a temperaturas superiores a los 100 °C, por lo que al tocarlos pueden producir quemaduras de diversa consideración
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