ACEROS DE PERFORACION

5/17/2018 ACEROS DE PERFORACION - slidepdf.com

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EN PERFORACION POR PERCUSION Y ROTACION: Avances en los aceros

para perforación de roca

Los aceros deben ser capaces de soportar el fuerte desgastey las mayores exigencias a los que son sometidos. El vertiginoso desarrollo potencial de los equipos para perforación de roca orientados

a la industria minera y obras civiles, ha ido aparejado con una constante innovación enlos aceros para perforación, cuya vital función es encargarse de taladrar las rocas,mediante la transmisión de las ondas de impacto que son producidas por unaperforadora hidráulica o neumática, siendo su principal aplicación la perforación paraexplotación minera, obras civiles y sondajes. Estos componentes deben ser capaces de soportar elfuerte desgaste al que son sometidos en la acción de

perforar la roca. Aleaciones de aceros cada vez másresistentes, variaciones en el diseño y componentes,incorporación de metales de mayor dureza, son algunosde los avances efectuados en este campo, cuyo objetivoes obtener mayor vida útil, mayor velocidad depenetración y menor costo por metro perforado."Ha sido imperativo un desarrollo sostenido para poder irde la mano con la potencia de las perforadorasmodernas", explica Gabriel Quinteros, jefe delDepartamento de Perforación de la empresa SimmaS.A., representante en Chile de los aceros inglesesPadley & Venables.

La perforación por percusión y rotación es la másempleada en la minería y construcción en Chile entérminos de metros, lo que ha llevado a una constanteevolución de nuevas tecnologías en las máquinas perforadoras hidráulicas, que fueronintroducidas en la década de los setenta. Esto hizo necesario disponer de aceroscapaces de soportar y transmitir una onda de impacto mucho más poderosa a la roca,obligó a desarrollar nuevas técnicas e incorporar metales más duros y resistentes a laabrasión y al desgaste, como el carburo de tungsteno, empleado como metal deataque en las brocas. Desde entonces, el mejoramiento ha sido continuo. Velocidad de penetración Actualmente las brocas de botones son las más usadas en perforación por percusión yrotación, pues con ellas se logra mayor velocidad de penetración, lo que es una de las

preocupaciones más importantes de los usuarios, ya que cualquier avance que seobtenga en este sentido, involucra un enorme ahorro de energía, horas hombre detrabajo, materiales y uso de equipos.Al respecto, Quinteros explica que en Chile el tipo de botón más usado en las brocas,es el esférico. Sin embargo, existen otras alternativas, como los botones tipo balísticoso los parabólicos que tienen sus campos de aplicación bien definidos.Las brocas con botones esféricos son para rocas duras y semiduras, donde tienen unaaceptable velocidad de penetración; los balísticos están más orientados a rocasblandas, mientras que los parabólicos apuntan a un rango de durezas intermedias.

Gabriel Quinteros, jefe del Departamento de

Perforación de la empresa Simma S.A.



A la par con esto, también se ha trabajado mucho con la ubicación de los botones, sutamaño y diámetro; lo que va de la mano con la dureza y lo abrasiva de la roca que serequiere perforar. Mejorando el diseño Tal como se señaló, el diseño de la broca también constituye una variable a tener en

cuenta para la obtención de un resultado más favorable.En el caso de la cabeza de enfrentamiento, las hay de forma convexa, plana ycóncava; cada una presenta características particulares.La de más veloz penetración, que es generalmente lo que privilegia el usuario, es lacabeza de tipo convexa. Sin embargo, presenta el inconveniente que si encuentra unadebilidad en el camino de perforación, como una grieta o un bolsón de roca másblanda, tiene una gran facilidad para desviarse. Con ello, se corre el riesgo de quedaratascado y producir más desgaste en las otras piezas móviles que están en contactocon el material.La cabeza de forma plana es muy eficiente para usos generales, ya que es rápida ytiene pocas posibilidades de desviación, manteniendo de mejor forma la rectitud deltiro.También existen variadas formas de broca en lo que se refiere a la estructura de sucuerpo: estándar, más alargadas, retráctiles (que tienen la posibilidad de cortar haciaatrás, cuando hay riesgo de desviaciones y atascamientos), etc.Otro elemento que se ha ido mejorando en el diseño de las brocas, para lograr unamayor eficiencia y economía en la perforación, lo conforman los canales de barrido.En el pasado lo más habitual era que se dispusiera de un solo canal de barrido, lo queno era suficiente, porque se producía mucho desgaste de los botones periféricos. Porello, se fueron aumentando los canales de barridos frontales, se puso un barridolateral; en definitiva, se fueron elaborando diversas alternativas, pensando en cadatipo de terreno.

Desgaste de las piezas En cuanto a la vida útil de estas piezas, va a depender mucho de factores como la

clase de rocas a atacar, la frecuencia de afilado de las brocas, los hábitosoperacionales y las condiciones de uso.En todo caso, Gabriel Quinteros señala que en el caso de la minería del cobre nacional,una broca de 45 mm, que es la más común para el desarrollo de túneles, tiene unavida útil promedio de unos 300 m; una broca de 64 mm rinde unos 400 m; y la de 76mm, aproximadamente 550 m. "Eso en el macizo andino chileno, pero si esto lollevamos a roca blanda, como la caliza (cemento) o el caliche (salitre) en el norte delpaís, una broca puede durar 2.000 m sin ningún problema", puntualiza.Sin embargo el grueso de las minas de cobre en Chile está en la Cordillera de LosAndes, por lo que presentan un comportamiento similar.No obstante, también hay que considerar otras variables, por ejemplo, la misma brocade 45 mm, en una mina de oro, puede durar 80 -120 m. Ello porque normalmente eloro se encuentra en zonas con alto contenido de cuarzo, que es uno de los elementosmás abrasivos que existen en la naturaleza. Barras Si bien el mayor desarrollo se ha dado en las brocas, también los otros elementos queconforman los aceros de perforación presentan importantes optimizaciones.En una perforación neumática o hidráulica el empleo de aceros seccionales es lo máscomún. La primera pieza que va directamente acoplada dentro de la perforadora es laculata o culatín, pieza que tiene la misión de recibir el impacto de la perforadora y



transmitirlo a lo largo de la barra. La onda de impacto viaja a aproximadamente a5.000 m por segundo. Cuando se trabaja con más de una barra,éstas se unen con coplas separadas o seusan barras con coplas incorporadas. En

estos puntos es importante lograr la menordisipación de energía posible.En las uniones de los aceros se produce undesgaste muy significativo cuando no hay unfuerte empuje y la onda de impacto no pasadirectamente a la roca, sino que se vadisipando en esos puntos. Por ello en el pasado, como los sistemas no eran tanpoderosos como ahora, se producía mucho desgaste por calentamiento. Hoy en día esoes menos frecuente, además, los fabricantes someten a las barras a modernostratamientos térmicos para darles mayor resistencia, especialmente a los puntos deunión, ya que deben soportar tremendas tensiones de: impactos, torsión, flexión,fricción y abrasión. Es así que para hacerlas más resistentes se han agregado a sufabricación, entre otros elementos, cromo, níquel y molibdeno, mejorando además sudureza y flexibilidad.La forma de las barras también ha experimentado cambios, ya que si en un comienzoeran redondas, actualmente hay también hexagonales, diseño que les permite ser másfuertes y mantener mejor la rectitud del tiro.Finalmente, el barrido o limpieza del hoyo mediante la inyección de agua o soplado deaire, es otro agente importante en esta actividad.En minería subterránea, por razones ambientales se usa sólo barrido por agua, paraevitar la contaminación que se produciría al evacuar los detritus por barrido por aire.En resumen, el desarrollo paralelo de equipos más potentes y aceros más resistentes yeficientes, tienen la finalidad de satisfacer las altas exigencias de los usuarios en elmundo. Todos estos avances tecnológicos, por mínimos que parezcan, apuntan asatisfacer la creciente necesidad que tienen las empresas, no sólo las de perforación,

sino también los clientes mineros, de ser cada vez más competitivos. Insumos en alza

Un tema de gran relevancia para la industria de aceros de perforación, y en generalpara todo el rubro, lo constituye el fuerte incremento experimentado en el últimotiempo por el precio de insumos básicos, como el hierro, la chatarra, el molibdeno o elcromo.Esto ha tenido un impacto relevante en los costos de producción, ya que en algunoscasos el valor de las materias primas requeridas se ha más que duplicado.Es así como el mayor precio del fierro, influido por la demanda China, ha presionadotambién el mercado de la chatarra, que también se ocupa en el proceso de fabricacióndel acero. Esta situación incluso motivó hace unos meses atrás en Estados Unidos a un

mayor control de la venta de chatarra hacia el exterior.El cromo y el molibdeno, en tanto, metales que también registran un alza significativa,son empleados para generar aleaciones de acero más resistentes y de mejor calidad.Todo esto ha obligado a los productores aceros de perforación a subir el valor de susproductos aproximadamente entre un 10% y 15% en lo que va del 2004 y es probableque tal tendencia continúe el próximo año.

CAPACITACION DE LOS OPERADORES

El diseño de los aceros de perforación y sus componentes han experimentado una serie de modificaciones tendiente a alcanzar mayor eficiencia.



El adecuado manejo de equipos más sofisticados En la mayor eficiencia de los equipos y aceros deperforación no sólo influye el desarrollo de mejorestecnologías, sino también su adecuado manejo. Alrespecto, Carlos Johansson, Business Line Manager,

Sandvik Rock Tools, Región Sudamérica, advierte que esimportante mantener una constante capacitación de losoperadores para que sepan manejar estos nuevosproductos, cada vez más sofisticados."Ciertos errores o malas prácticas por parte del operadorse deben eliminar o por lo menos disminuir, debido a que(por este errado manejo) las tensiones/fuerzas sobre losaceros se podrían multiplicar, resultando en elrompimiento de los mismos, aún cuando sean másresistentes", asevera.Por ello, entre los resguardos que se deben tenerpresentes para garantizar un uso eficiente de todos estos equipos, se destaca:• Asegurar que el operador esté debidamente capacitado.

• Equipos en buenas condiciones, con sus instrumentos de medición de la fuerza deavance (pulldown) y la velocidad de la rotación, operativos.• Hacer un seguimiento del desgaste de las brocas y proceder con el afilado oportuno.• Que el equipo columna/tren de perforación y el operador tengan un buen balance yuna adecuada relación. Nuevos diseños En cuanto al desarrollo de innovaciones en este campo, un ejemplo concreto en el casode la Sandvik M/C Tools, es la línea "Capp Black Label", la cual incorpora nuevosdiseños y formas de los botones y del frente o cara de la broca, para lograr una mejorfunción en cuanto al barrido. Además, los botones cuentan con un volumen dedesgaste mayor.

"La brocas Capp Black Label, tanto las de botones de tipo balísticos como esféricos, secaracterizan por geometrías optimizadas y mejoradas, con el fin de incrementar elrendimiento", asegura Carlos Johansson. Todas las brocas de la mencionada línea,agrega, tienen un grado mayor de carburo de tungsteno, para incrementar sudurabilidad. Asimismo, incorporan una mejora en el diseño del cuerpo/faldón de labroca "teniendo como consecuencia un mejor balance entre éste y el diámetro de labroca, derivando en un mejor rendimiento y durabilidad", concluye.

RESUMEN DE RENDIMIENTOS ACEROS DE PERFORACIÒN MECANIZADA: ( JUMBO )

Minería del Cobre

1.- Barras de Jumbo : 2.000 mb (mb = Metros Barrenados )

2.- Culatines Jumbo : 1.500 a 2.500 mb.

3.- Coplas Jumbo : 1.500 a 2.000 mb



4. Bit de 45 mm. : 350 450 mb.

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