IZAJE-2012-I
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA, ELETRÓNICA, MECANICA Y MINAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS MAQUINARIA MINERA I IZAJE Docente: Ing. Máximo V. Mayta Lino 1
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA, ELETRÓNICA, MECANICA Y MINAS
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MINAS
MAQUINARIA MINERA I
IZAJE
Docente: Ing. Máximo V. Mayta Lino 1
SISTEMAS DE EXTRACCION
POR MEDIO DE UN CABLE UNICO NO
EQUILIBRADO
POR MEDIO DE DOS CABLES
PARCIALMENTE EQUILIBRADOS
POR MEDIO DE DOS CABLES
COMPLETAMENTE EQUILIBRADOS
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01.- EXTRACCION POR MEDIO DE UN
CABLE UNICO NO EQUILIBRADO
USADO EN POZOS POCO PROFUNDOS,
EXPLOTACION A PEQUEÑA ESCALA Y EN
LA EXTRACCION CON PLANOS
INCLINADOS DE 30º COMO MAXIMO.
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02.- EXTRACCIÓN POR MEDIO DE DOS CABLES
PARCIALMENTE EQUILIBRADOS
UTILIZADOS EN PIQUES PROFUNDOS Y
CUANDO SE REQUIERE IZAR GRANDES
TONELAJES. EN ESTE CASO LAS
CARGAS SE CONTRAPESAN
PARCIALMENTE Y EL WINCHE
REQUIERE MENOR POTENCIA PARA
OPERAR.
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EN ESTE SISTEMA EL CABLE PUEDE
CONECTARSE EN UN TAMBOR ÚNICO O
DOS TAMBORES, QUE POR LO GENERAL
VAN UNIDOS SOBRE EL MISMO ÁRBOL Y
LOS CABLES SE ADHIEREN A ELLOS DE
TAL MANERA QUE DURANTE EL GIRO DE
LAS TAMBORAS EN UN MISMO SENTIDO,
UNO DE ELLOS ENROLLA AL CABLE Y EL
OTRO DESENROLLA Y AL REALIZAR EL
CICLO COMPLETO SE INVIERTE EL
MOVIMIENTO.
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3.- EXTRACCIÓN POR MEDIO DE DOS CABLES
COMPLETAMENTE EQUILIBRADOS
ESTE SISTEMA ES USADO EN PIQUES
PROFUNDOS Y LAS CARGAS SON
UNIDAS MEDIANTE UN CABLE DE
EQUILIBRIO DENOMINADO CABLE DE
CONTRAPESO CUYO DIÁMETRO ES
MAYOR QUE EL DEL CABLE DE IZAJE.
LA FINALIDAD DEL CABLE DE
EQUILIBRIO ES EMPAREJAR EL PAR DE
RECIPIENTES VACÍO Y CARGADO.
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ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE IZAJE
1.- WINCHE a.- SEGÚN SU FORMA:
-CILÍNDRICO.
- CÓNICA.
- TIPO DE RUEDA.
b.- SEGÚN LA FUNCIÓN :
- DE TAMBOR, EN EL CUAL EL CABLE ES ENROLLADO DURANTE EL IZAJE.
- DE FRICCIÓN, EN ESTE CASO EL CABLE PASA ATRAVÉS DE UNA POLEA DURANTE EL IZAJE.
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c.- SEGÚN EL NÚMERO DE TAMBORAS:
- DE UN SOLO TAMBOR.
- DE DOBLE TAMBOR.
d.- SEGÚN SU INSTALACIÓN:
- MÁQUINAS EN CABEZA, Y
- MÁQUINAS EN PISO
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2.- MOTOR; accionados por energía
neumática, diesel o eléctricos.
3.- JAULAS.
4.- SKIP.
5.- CASTILLOS.
6.- POLEAS.
7.- CABLES.
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CASTILLETES
ES UNA CONSTRUCCIÓN DE ENTRAMADO
VERTICAL; COMPUESTA DE UNA CABEZA DE TORNAPUNTAS O PÓRTICOS,
SU MISIÓN ES SOPORTAR A LAS POLEAS DE GARGANTA QUE ASEGURAN EL ENVÍO DE LOS CABLES A LA MÁQUINA DE EXTRACCIÓN, DE LOS QUE ESTÁN SUSPENDIDAS LAS JAULAS O LOS SKIPS.
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EL CASTILLETE PUEDE SER DE MADERA O METAL, SE COMPONE DE LARGUEROS VERTICALES, ANCLADOS AL REDEDOR DE LA CABEZA DEL POZO Y UNIDOS ENTRE SÍ, POR PIEZAS HORIZONTALES Y DIAGONALES.
LOS FACTORES QUE DETERMINAN LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS ESTRUCTURAS SON: LOS ESFUERZOS DE TRACCIÓN, LA ALTURA NECESARIA Y LA DISPOSICIÓN DE LAS POLEAS.
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FUNCIONES DEL CASTILLETE
REALIZA EL GUIADO DEL SKIP Y JAULA
FUERA DEL POZO.
ALBERGAR CIERTOS DISPOSITIVOS DE
SEGURIDAD.
PERMITE LA INSTALACIÓN DE LAS
ESCALERAS, PARA LA SUPERVISIÓN DEL
SISTEMA DE SEGURIDAD, CAMINO DE
RODADURA DEL EQUIPO DE IZAJE Y DE
LAS POLEAS.
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TORRES DE EXTRACCIÓN
SE CONSTRUYE ENCIMA
DEL POZO UNA TORRE
DE EXTRACCIÓN,
VERTICAL Y DE
SECCIÓN
RECTANGULAR.
LA TORRE SUPRIME LA
SALA DE MÁQUINAS EN
EL PISO,
DISMINUYENDO LA
LONGITUD DEL CABLE
Y TIENE DESPEJADO LA
PARTE EXTERIOR DEL
POZO DE IZAJE. 14
JAULA
SON RECIPIENTES DE EXTRACCION
BASICA EN MINAS, SON
COMPARTIMENTOS METALICOS DE UNO O
DOS PISOS QUE SE USAN PARA BAJAR O
SUBIR AL PERSONAL, MATERIALES,
VAGONES MINEROS.
PARA LA EXTRACCION CON JAULAS SE
TIENE EN CUENTA LAS SIGUIENTES
ALTERNATIVAS:
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ALTERNATIVAS:
1.- CUANDO EL VAGÓN MINERO ES
INTRODUCIDO EN LA JAULA Y
ES EXTRAÍDO EN FORMA MANUAL.
2.- CUANDO EL VAGÓN MINERO ES
CARGADO A LA JAULA POR MÁQUINAS
ENJAULADORAS Y SON DESCARGADAS
POR UN SISTEMA MECÁNICO EN LA
SUPERFICIE.
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3.- CUANDO LAS JAULAS TIENEN UN
SISTEMA DE PISOS BASCULANTES
QUE FACILITAN EL VOLTEO Y
DESCARGA DE LOS VAGONES, SIN
PERMITIR LA SALIDA DE LOS
MISMOS.
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La relación del peso muerto
y la carga útil (Pj/Qj) debe
tener los siguientes valores:
1 : para aceros ordinarios.
0.7 : para aceros especiales.
0.5 a 0.6 : para aleaciones
ligeras.
ordinarios aceros para 1.7 a 1.3 Qj
Pc Pj
ordinarios aceros para 1.7 a 1.3 Qj
Pc Pj
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LAS JAULAS SON USUALMENTE
DISEÑADAS CON CANTIDADES
SIGNIFICATIVAS DE ALUMINIO PARA
MAXIMIZAR LA CARGA ÚTIL. SIN
EMBARGO, LOS MATERIALES DE
CONSTRUCCIÓN PUEDEN INCLUIR
ACERO DULCE, ACERO INOXIDABLE Y
COMBINACIONES
ESTRATÉGICAMENTE COLOCADAS DE
ESTOS MATERIALES, DEPENDIENDO
DE LAS CONDICIONES DE LA
APLICACIÓN O SERVICIO.
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LAS JAULAS TIENEN UN RANGO
DESDE PEQUEÑAS JAULAS
AUXILIARES DE 2 PERSONAS Y
JAULAS DE ARRASTRE, HASTA JAULAS
MULTIPISO QUE MANEJAN 250
PERSONAS O MÁS, O CARGAS
INTERNAS DE CAMIONES Y EQUIPOS
Y MATERIALES DE 50 TONELADAS O
MÁS
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SKIP SON RECIPIENTES
QUE CIRCULAN EN
EL INTERIOR DE LOS
POZOS, SIRVEN
EXCLUSIVAMENTE
PARA IZAR MINERAL.
SU DISEÑO
DEMANDA DE
MATERIALES DE
ACERO AL
MANGANESO QUE
TIENDE A DISMINUIR
EL PESO.
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CLASES DE SKIP
1.- Según el tipo del pozo:
- Skips para pozos
verticales.
- Skips para pozos
inclinados.
2.- Según su forma de
descarga:
- Skips basculantes
- Skips con descarga por el
fondo.
TARA SKIP
TM TC, (Qs); 0.75 Ps
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CARGA DEL SKIP
TM, ; 3600
12 V 0.4 H
Qs
Qh
V
H : profundidad del pozo, pies
V : velocidad de transporte, pies/seg
Qh : capacidad horaria de transporte neta TM/hr
TC/hr
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TAMBOR O APARATO DE ENROLLAMIENTO
UN WINCHE DE IZAJE ESTÁ COMPUESTO DE UN
TAMBOR O APARATO DE ENROLLAMIENTO QUE
ES GIRADA POR UN MOTOR QUE SE ENCUENTRA
ACOPLADA DIRECTAMENTE A UN ÁRBOL.
TIPOS DE TAMBORES
LOS TIPOS DE TAMBORES MÁS CONOCIDOS SON:
- TAMBOR CILÍNDRICO.
- TAMBOR CÓNICO, Y SU VARIACIÓN EL
- BICILINDROCÓNICO.
- LA BOBINA.
- LA POLEA KOEPE.
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TAMBOR CILÍNDRICO
COMPRENDE DE WINCHES DE UN TAMBOR O DE DOS TAMBORES CILÍNDRICOS, FIJADOS SOBRE UN MISMO ÁRBOL Y ACCIONADOS POR UN MOTOR QUE ATACA DIRECTAMENTE O POR MEDIO DE UN REDUCTOR.
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ESTE SISTEMA SE UTILIZA PARA SERVICIO EN EL IZAJE, EN PROFUNDIDADES PEQUEÑAS O POCOS NIVELES, Y PARA PROFUNDIDADES SUPERIORES A UN NIVEL CON DOS TAMBORES. EL EQUIPO COMPUESTO DE DOS TAMBORES TRABAJA EN CONTRAPESO.
EL SENTIDO DE ROTACIÓN DE LOS TAMBORES ES EL MISMO, Y PARA ASEGURAR LA SUBIDA DE UNA JAULA O SKIP DURANTE EL DESCENSO DE OTRO, LOS CABLES PASAN UNO POR ENCIMA DEL TAMBOR CORRESPONDIENTE Y EL OTRO POR DEBAJO DEL OTRO TAMBOR.
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TAMBOR CÓNICO Y BICILINDRO
CÓNICO
LOS WINCHES DE TAMBOR CÓNICO ESTÁN
FORMADOS POR DOS TAMBORES SIMÉTRICOS
UNIDOS LOS DOS EN FORMA DE TRONCO DE
CONO, PUDIENDO RECIBIR LA TOTALIDAD DE
UNO DE LOS DOS CABLES, EN LA
ACTUALIDAD NO SE USA EN LA INDUSTRIA
MINERA PORQUE TIENEN DIÁMETROS PROHIBITIVOS.
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POLEA KOEPE
Es un tipo particular de winche de fricción inventado en 1877 por Frederick Koepe en Alemania.
La polea Koepe de uno o varios cables son eficientes como winches de servicio, con jaulas y contrapeso, para transporte de un nivel o varios niveles de producción con skips.
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POLEA KOEPE
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EN ESTE SISTEMA UN CABLE COMÚN UNE A
LAS DOS JAULAS O SKIPS.
EL CABLE ES ARRASTRADO POR SIMPLE
ADHERENCIA POR UNA POLEA MOTRIZ A LA
QUE RODEA SOBRE UN ARCO DE UNA
SEMICIRCUNFERENCIA APROXIMADAMENTE.
UN CABLE DE EQUILIBRIO ATADO BAJO
LAS DOS JAULAS O SKIP PENDE
LIBREMENTE EN EL POZO Y LAS UNE ENTRE
SÍ.
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El cable de izaje pasa sobre una polea o tambora tipo fricción, que tiene una tensión diferencial entre el punto donde el cable entra y el punto donde deja a la polea. Las circunferencias de la polea tienen líneas de fricción con ranuras para los cables de un material de PVC, existe un área de contacto de 180 a 200. El contacto de fricción entre las ranuras y los cables, transfiere el movimiento de la polea de fricción del cable; la polea es accionada por el motor. Así, el skip o jaula es accionada hacia arriba o abajo dentro del pique.
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DIÁMETRO DEL TAMBOR
PARA DETERMINAR EL DIÁMETRO DEL TAMBOR
SE HACE USO DE UN
ABACO.
DETERMINANDO EL DIÁMETRO DEL TAMBOR SE
PUEDE CALCULAR EL ANCHO DEL FRENTE; PARA
ESTE PROPÓSITO SE ELIGE UN DIÁMETRO DE
CABLE ESTANDARD, LUEGO SE PROCEDE A
DETERMINAR EL ANCHO CON LA SIGUIENTE
ECUACIÓN:
PARA TAMBOR SIMPLE (CAMADA SIMPLE)
pulg S, x 15 D x
H x S At
At = S xH + 15 x S; pulg
π x D
pulg S, x 15 D x
H x S At
pulg S, x 15 D x
H x S At
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Para tambor doble:
At = S x H + 7 x S, pulg
π x D S : ranura de paso, 1.05d
PESO DEL TAMBOR
PT = 200 A = 200π D² ; lb
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UNION ENTRE EL CABLE Y EL
DISPOSITIVO DE EXTRACCIÓN
1.- AMARRE CON GUARDACABOS.
2.- ANILLO DE AMARRE.
3.- APARATO DE AMARRE.
4.- SUJECIONES EN INSTALACIONES
MULTICABLES.
5.- SISTEMA DE SOLDADURA.
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AMARRE CON GUARDACABOS O SISTEMAS
DE GRAPAS
en este tipo de amarre, el recipiente de extracción
es suspendido por una pieza triangular con base
circular, alrededor de la cual se arrolla el cable. el
ángulo en la punta es del orden de 30 y el radio
de la parte circular r no debe ser inferior a 4 veces
el diámetro del cable usado.
el extremo replegado del cable se fija con grapas,
teniendo en cuenta que la longitud del empernado
sea igual a 30 veces el diámetro del cable y los
espacios de perno a perno igual a l/6 .
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APARATO DE
AMARRE
CONSTA
ESENCIALMENTE DE
UNA CAJA Y DE CUÑA
EN FORMA DE
CORAZÓN. POR SU
TENSIÓN EL CABLE
DE EXTRACCIÓN
EMPUJA LA CUÑA
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ALTURA DEL CASTILLETE
LA POSICIÓN DEL WINCHE CON RESPECTO AL PIQUE DE EXTRACCIÓN INFLUYE SOBRE LA ALTURA DEL CASTILLETE Y DEPENDE DE LOS SIGUIENTES FACTORES:
- ALTURA DE SEGURIDAD, ENTRE EL PISO DE ENGANCHE EXTERIOR Y LAS POLEAS.
- PESO DE LAS JAULAS O SKIPS Y VELOCIDAD DE DESPLAZAMIENTO.
EN INSTALACIONES CON TAMBORES, LA POSICIÓN CERCANA DEL WINCHE DETERMINA EL AUMENTO DE LA ALTURA DEL CASTILLETE O TORRE, MIENTRAS QUE SI SE DESPLAZA LA ESTRUCTURA DE EXTRACCIÓN SE INCREMENTA LA TORNAPUNTA DEL CASTILLETE.
LA ALTURA DEL CASTILLETE (HC) CON DISPOSICIÓN DE LAS POLEAS SOBRE EL MISMO EJE HORIZONTAL SE DETERMINA POR:
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ALTURA DEL CASTILLETE
La posición del winche con respecto al pique de extracción influye sobre la altura del castillete y depende de los siguientes factores:
- Altura de seguridad, entre el piso de enganche exterior y las poleas.
- Peso de las jaulas o skips y velocidad de desplazamiento.
En instalaciones con tambores, la posición cercana del winche determina el aumento de la altura del castillete o torre, mientras que si se desplaza la estructura de extracción se incrementa la tornapunta del castillete.
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La altura del castillete (Hc) con disposición de las
poleas sobre el mismo eje horizontal se determina
por:
Hc ≥ h1 + h2 + h3 + 0.75 Rp; m
h1 : altura de estacada
6 a 10 m extracción con jaula.
10 a 14 m extracción con skip
h2 : altura de la jaula o skip con aparato de amarre
h3 : altura libre de seguridad, 4 a 5 m
Rp : radio de la polea
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DISTANCIA DEL WINCHE, EL EJE DE
LA POLEA Y ENTRE LOS TAMBORES
Y LOS CABLES EN EL POZO
LA DISTANCIA ENTRE LOS TAMBORES Y EL
EJE DEL CABLE, SE DETERMINA EN BASE
A LA ALTURA DEL CASTILLETE.
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m;2
Dp ctg c) - (Hc a
m 6; 0.5Dp Dt 0.45Hc amín
a : distancia del eje del tambor
al eje del cable de extrac-
ción, m
c : altura del eje de los tambores
sobre el nivel del piso
Dp: diámetro de la polea, m
Dt : diámetro del tambor, m
θ ≥ 30º
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ANGULO DE DESVIACIÓN DEL CABLE
LLAMADO TAMBIÉN ÁNGULO DE FUGA, ES
EL ÁNGULO QUE FORMA, EL CABLE EN SU
POSICIÓN EXTERNA CON EL PLANO
PERPENDICULAR A LOS EJES DE LA POLEA,
Y DEL TAMBOR PASANDO POR SUS
CENTROS.
A FIN DE EVITAR EL ROZAMIENTO DEL
CABLE SOBRE EL BORDE DE LA POLEA, EL
ROZAMIENTO DE LOS TORONES ENTRE SÍ
Y DEL CABLE CON LAS OTRAS VUELTAS
SOBRE EL TAMBOR, ÉSTE ÁNGULO DEBE
SER LO MÁS PEQUEÑO POSIBLE. 48
UN ÁNGULO DE DESVIACIÓN MUY GRANDE, PUEDE SER LA CAUSA DEL RESQUEBRAJAMIENTO DEL CABLE.
UN ÁNGULO DE DESVIACIÓN MUY PEQUEÑO, HACE QUE EL CABLE SE AMONTONE EN LAS BRIDAS DEL TAMBOR.
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EL ÁNGULO DE DESVIACIÓN
RECOMENDABLE DEL CABLE SOBRE LAS
POLEAS Y LOS TAMBORES CILÍNDRICOS
NO DEBE SOBREPASAR DE 1 30‘.
CON LOS TAMBORES BICILINDROCÓNICOS
CILÍNDRICOS, SE ADMITE EL AUMENTO
DEL ÁNGULO DE DESVIACIÓN EXTERIOR
SOBRE EL TAMBOR PEQUEÑO Y CONO
HASTA 2. PARA CABLES MULTICAPAS, EL
MÍNIMO ÁNGULO ES
0 30'.
50
FORMAS PARA DISMINUIR EL ÁNGULO DE
DESVIACIÓN
INCREMENTAR EL DIÁMETRO DEL
TAMBOR.
INCREMENTAR LA DISTANCIA
HORIZONTAL ENTRE EL TAMBOR Y LA
POLEA.
ENROLLANDO EL CABLE EN MÁS DE UNA
CAPA.
AUMENTANDO LA ALTURA DEL CASTILLO.
UTILIZANDO EL SISTEMA KOEPE EN EL
IZAJE. 51
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