Perforacion de Rocas y Explotacion a Cielo Abierto-Elkin Eduardo Gómez

8/18/2019 Perforacion de Rocas y Explotacion a Cielo Abierto-Elkin Eduardo Gómez

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EXPLOSIVOS III

EXPLOTACIÓN A CIELO ABIERTO Y PERFORACION DE ROCAS

Presentado Por.

Elkin Eduardo Gómez

Presentado a:

Ing. José Francyne Matoma

ESCUELA DE INGENIEROS MILITARESINGENIERIA CIVILEXPLOSIVOS III


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TABLA DE CONTENIDO

GLOSARIO ............................................................................................................ 4

INTRODUCCION ................................................................................................... 5

1. Las rocas su perforación y explotación a cielo abierto ..................................... 6 1.1. Métodos de perforación de rocas .............................................................. 6

1.2. Clasificación de las perforaciones: ............................................................ 6

2. Perdida presión neumática en el tubo debido a la fricción ............................... 8

3. Perdida presión neumática en los aditamentos: ............................................ 11

4. Tamaño tubos y mangueras recomendados para transmisión de airecomprimido .......................................................................................................... 13

5. Diversidad del factor de capacidad. ............................................................... 17

5.1. La Energía consumida en el aire de barrido ............................................ 18 6. Aire requerido para los equipos y herramientas neumáticas .......................... 19

6.1. Tipos de temperaturas de compresión .................................................... 20

6.2. Sistema de distribución ........................................................................... 21

7. Costo del aire comprimido y fugas de aire ..................................................... 21

7.1. Compresores Mineros ............................................................................. 22

7.2. Técnica del compresor etapa de compresión .......................................... 22

7.3. Tipos ....................................................................................................... 23

7.4. Compresores según su movilidad ........................................................... 24

7.5. Compresores dinámicos (flujo continuo) ................................................. 25

7.6. Transmisión de aire comprimido ............................................................. 26

7.7. Forma de evaluar las pérdidas por fugas de aire .................................... 26

CONCLUSIONES. ............................................................................................... 28

BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 29

CUESTIONARIO .................................................................................................. 30

Tabla de graficas

Gráfica 1.Terminologia empleada en una mina a cielo abierto ............................... 6Gráfica 2.Potencia de percusión. Parámetros ........................................................ 9Gráfica 3.Esfuerzos sobre el varillaje ................................................................... 10Gráfica 4.Disposición de elementos en perforación neumática ............................ 11


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Gráfica 5.Martillo neumático ................................................................................. 12Gráfica 6.Disposición de equipos de perforación ................................................. 12Gráfica 7.Funcionamiento del martillo en fondo ................................................... 13Gráfica 8. Campo de aplicación de los diferentes tipos de martillo ....................... 14Gráfica 9.Tipos de tubo testiguero ....................................................................... 15

Gráfica 10.Sistema Wire-Line .............................................................................. 15Gráfica 11.Equipos de sondeos de superficie y de interior ................................... 17Gráfica 12.Compresor de aire Ingersoll-Rand PW185AWIR ................................ 18Gráfica 13.Proceso isotérmico ............................................................................. 19Gráfica 14.Compresor de aire sobre patines Ingersoll-Rand P185WJD 2002 ...... 21Gráfica 15.Etapa de compresión. ......................................................................... 23Gráfica 16.Compresor de aire portátil Atlas Copco XASE1600GD 2001 .............. 25Gráfica 17.Diagrama de compresor de pistón (izquierda) .................................... 27

Tabla de Tablas

Tabla 1.Material utilizado en sondeos. Norma Europea ....................................... 16 Tabla 2.Material utilizado en sondeos. Norma Americana .................................... 16


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GLOSARIO

1. Perforación y voladura: es una técnica aplicable a la extracción de roca enterrenos competentes, donde los medios mecánicos no son aplicables de unamanera rentable.

2. Sistemas de perforación a percusión: Esta denominación engloba todasaquellas formas de perforación en las que la fragmentación de la roca seproduce básicamente por impacto de un útil de filo más o menos aguzadosobre la misma.

3. Potencia de percusión: forma técnicamente aceptable de valorar un martilloperforador es su potencia de percusión y su eficiencia, es convenientedescribir y analizar los aspectos que definen ésta potencia, las distintasformas que existen de medirla y los parámetros de los que depende.

4. Perforación neumática: El fluido de accionamiento en el caso de laperforación neumática es aire comprimido a una determinada presión,normalmente de valores comprendidos entre 7 y 25 bar.

5. Perforadoras con martillo en cabeza: Son perforadoras cuyo martillo estádiseñado para trabajar mediante aire a 7 - 8 bar de presión máxima

6. Perforadoras con martillo en fondo: Son perforadoras en las que, a diferenciade los martillos en cabeza, el elemento que proporciona la percusión omartillo va situado en el interior del taladro e incorpora únicamente elmecanismo de percusión

7. Compresores: Son los equipos que suministran el aire comprimido a losdistintos elementos de accionamiento neumático.

8. Perforación hidráulica: Las perforadoras de martillo en cabeza hidráulico (no

existen en la actualidad martillos en fondo hidráulicos), funcionan con aceitehidráulico a 100-250 bar de presión.9. Sistemas de perforación a rotación: Bajo esta denominación se agrupan

todas aquellas formas de perforación en las que la fragmentación de la rocase produce básicamente por compresión, corte o por la acción combinada deambos

10. Perforación por corte: Incluye todas las formas de perforación rotativamediante útiles, cuya estructura de corte está formada por elementos decarburo de tungsteno convenientemente dispuestos en la herramienta deperforación y en la cual ocupan unas posiciones fijas


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INTRODUCCION

En el presente trabajo desarrollaremos los conceptos básicos de las rocas, superforación y explotación a cielo abierto; es importante analizar los distintosmétodos de perforación, sus características y herramientas a emplear para estostrabajos de ingeniería.

Para ello se hace necesaria la conceptualización y análisis de las especificacionestécnicas del empleo de herramientas.


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EXPLOTACIÓN A CIELO ABIERTO Y PERFORACION DE ROCAS

1. Las rocas su perforación y explotación a cielo abierto

Existen distintos métodos de perforación de rocas, diferenciados principalmente porel tipo de energía que utilizan (Ej.: mecánicos, térmicos, hidráulicos, etc.). Enminería y en obras civiles, la perforación se realiza, actualmente, utilizando energíamecánica1.

A continuación, se hará un resumen de los métodos de perforación utilizados

1.1. Métodos de perforación de rocas

Actualmente, en trabajos de minería tanto a rajo abierto como en mineríasubterránea y en obras civiles, la perforación se realiza utilizando energíamecánica, lo que define distintos métodos de perforación y componentes deperforación. Los principales componentes de un sistema de perforación de estetipo son:

a) Perforadora, fuente de energía mecánica.b) Varillaje, medio de transmisión de dicha energía.c) Broca o bit, herramienta útil que ejerce energía sobre la roca.d) Barrido, efectúa la limpieza y evacuación del detrito producido

Gráfica 1.Terminologia empleada en una mina a cielo abierto

Fuente. Método de explotación a cielo abierto/http://es.slideshare.net/percyhuanca1/metodo-de-explotacion-a-cielo-abierto

1.2. Clasificación de las perforaciones:

Según el método mecánico de perforación:a) Métodos rotopercutivos: son muy utilizados en labores subterráneas y

trabajos menores en minería a cielo abierto (precorte), tanto si el martillo se

1 Métodos de perforación/ 8 de enero de 2014.Recuperado http://es.slideshare.net/gandaur/mtodos-de-perforacin

http://es.slideshare.net/percyhuanca1/metodo-de-explotacion-a-cielo-abiertohttp://es.slideshare.net/percyhuanca1/metodo-de-explotacion-a-cielo-abiertohttp://es.slideshare.net/gandaur/mtodos-de-perforacinhttp://es.slideshare.net/gandaur/mtodos-de-perforacinhttp://es.slideshare.net/gandaur/mtodos-de-perforacinhttp://es.slideshare.net/gandaur/mtodos-de-perforacinhttp://es.slideshare.net/percyhuanca1/metodo-de-explotacion-a-cielo-abierto


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sitúa en la cabeza como en el fondo de la perforación. En este método tienelugar la acción combinada de percusión, rotación, barrido y empuje2.

b) Perforación rotopercutiva: corresponde al sistema más clásico de perforaciónde rocas, utilizado desde el siglo XIX. En este tipo de perforación se emplea

la acción combinada de percusión, rotación, empuje y barrido, ya sea enequipos manuales para labores menores (pequeña minería y obras civiles depoca envergadura) o mecanizados (principalmente en minería subterráneade gran escala; ej.: minas subterráneas de Codelco) y en obras civiles degran envergadura, como la construcción de una caverna o túnel carretero

Las principales ventajas de este método de perforación, en comparación almétodo rotativo, son: Es aplicable a todos los tipos de roca, desde las másblandas hasta las más duras. Permite una amplia gama de diámetros deperforación (desde 1" hasta 8"). En el caso de perforación mecanizada, los

equipos tienen gran movilidad (la perforadora puede ser montada encamiones sobre ruedas). Requiere de una persona para operar laperforadora.

c) Métodos rotativos: se subdividen en dos grupos, según si la penetración enla roca se realiza por trituración (triconos) o por corte (brocas especiales). Elprimer sistema se aplica en rocas de dureza media a alta y el segundo enrocas blandas. En este tipo de perforación no existe la percusión.

Según el tipo de maquinaria:

a) Perforación manual: en este tipo de perforación se usan equipos ligerosoperados por perforistas. Este método se utiliza en trabajos de pequeñaenvergadura, donde, principalmente por dimensiones, no es posible usarotras máquinas o no se justifica económicamente su empleo.

b) Perforación mecanizada: en una perforación mecanizada, los equipos vanmontados sobre estructuras llamadas orugas, desde donde el operadorcontrola en forma cómoda todos los parámetros de perforación.

Según el tipo de trabajo

a) Perforación de banqueo: perforaciones verticales o inclinadas utilizadaspreferentemente en proyectos a cielo abierto y minería subterránea (L.B.H.).Este tipo de perforación se emplea, en general, para la minería a cielo abiertoy para algunos métodos de explotación subterránea, como el hundimientopor subniveles.

2 Ibíd.,


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b) Perforación de avance de galerías y túneles: perforaciones preferentementehorizontales llevadas a cabo en forma manual o mecanizada. Los equipos ymétodos varían según el sistema de explotación, pero por lo general, paraminería en gran escala subterránea se utilizan los equipos de perforaciónllamados "jumbos", que poseen desde uno a tres o más brazos de

perforación y permiten realizar las labores de manera rápida y automatizada.Perforación de producción3:

a) Con este nombre se conoce al conjunto de trabajos de extracción del mineralque se realiza en las explotaciones mineras. Una perforación de produccióncorresponde a la que se ejecuta para cumplir los programas de producciónque están previamente establecidos.

b) Perforación de chimeneas y piques: se trata de las labores verticales, queson muy utilizadas en minería subterránea y en obras civiles. En ellas se

emplean métodos de perforación especiales, entre los cuales destacan elRaiseBoring y la jaula trepadora Alimak.

c) Perforación con recubrimiento: se utiliza, por ejemplo, en perforación depozos de captación de aguas y perforaciones submarinas.

2. Perdida presión neumática en el tubo debido a la fricción

El martillo es el elemento que proporciona la percusión mediante el movimientoalternativo de una pieza de choque, que es el pistón, que sucesivamente golpeasobre el utillaje de perforación. El pistón puede ser accionado por aire comprimido(perforación neumática) o por aceite hidráulico (perforación hidráulica)4.Potencia de percusión

Dado que la única forma técnicamente aceptable de valorar un martillo perforadores su potencia de percusión y su eficiencia, es conveniente describir y analizarlos aspectos que definen ésta potencia, las distintas formas que existen demedirla y los parámetros de los que depende.

Este mecanismo consta de una pieza móvil (pistón) que se desplaza con unmovimiento de vaivén en el interior de una cámara (cilindro) por la acción que unfluido a presión (aire o aceite) ejerce sobre una determinada superficie (área detrabajo). La longitud de este desplazamiento que en general es una constante dediseño se denomina carrera.

3 Ibíd., Opcit4 JUAN HERRERA HERBERT, JORGE CASTILLA GÓMEZ.Perforación y voladura de rocas enminería. Departamento de explotación de recursos minerales y obras subterráneas. Madrid, 2013.Recuperado. http://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdf

http://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdf


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Gráfica 2.Potencia de percusión. Parámetros

Fuente. Perforación y voladura de rocas en minería. Departamento deexplotación de recursos minerales y obras subterráneas. Madrid, 2013

El cálculo de la energía de impacto “E” podría hacerse de dos formas, unaprimera sería haciendo el cálculo del trabajo realizado sobre el pistón mediantela siguiente expresión5:

E1 Pm · A Siendo:

Pm = Presión media efectiva del fluido.

A = Área de trabajo del pistón.

L = Carrera.

Otra forma de hacerlo, que descontaría las pérdidas por rozamiento, sería mediante

el cálculo de la energía cinética del pistón al final de su carrera

E1 12· M∗V^

Siendo:

M =Masa del pistón.

V = Velocidad del pistón al final de la carrera.Existe aún una tercera forma de calcular la energía de impacto mediante el registrode los esfuerzos de compresión generados por la onda de choque que recorre elvarillaje.6

5 Ibíd.,6 Ibíd., Opcit


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Gráfica 3.Esfuerzos sobre el varillaje

Fuente. Perforación y voladura de rocas en minería. Departamento deexplotación de recursos minerales y obras subterráneas. Madrid, 2013

La energía de una onda puede calcularse mediante la fórmula:

3=∗∫ dónde:

S = Sección del varillaje.

c = Velocidad de propagación de la onda.

Y = Módulo de Young.

f = Esfuerzo unitario de compresión sobre el varillaje.

t = Tiempo.

La diferencia de energía entre la onda incidente y la reflejada representa la energíatransmitida a la roca. Naturalmente el valor E3 correspondiente a la energía de laonda de compresión incidente y que se ha calculado de esta manera, sería inferiora los dos anteriores pues se habrían descontado las pérdidas de energía en elchoque del pistón con el varillaje.


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3. Perdida presión neumática en los aditamentos:

El fluido de accionamiento en el caso de la perforación neumática es airecomprimido a una determinada presión, normalmente de valores comprendidosentre 7 y 25 bar. Existen dos alternativas 7:

1. Que la percusión se produzca fuera del taladro y se transmita a la broca através de la sarta de varillaje (martillo en cabeza).

2. Que el martillo se sitúe en el fondo del taladro, golpeando así el pistóndirectamente sobre la broca (martillo de fondo).

Gráfica 4.Disposición de elementos en perforación neumática

Fuente. Perforación y voladura de rocas en minería. Departamento de explotaciónde recursos minerales y obras subterráneas. Madrid, 2013.Recuperado.http://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdf

3.1. Perforadoras con martillo en cabeza

Son perforadoras cuyo martillo está diseñado para trabajar mediante aire a 7 - 8bar de presión máxima. Como consecuencia, y al objeto de disponer de unaenergía de impacto suficiente, el área de trabajo del pistón ha de ser grande(ténganse en cuenta que la energía de impacto viene dada por el producto detres factores: presión efectiva, área y carrera del pistón). El perfil longitudinal delpistón tiene por tanto forma de T.

7 Opcit.,

http://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdf


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Gráfica 5.Martillo neumático


La fuente de energía primaria para la percusión es el aire comprimido que a su vezes suministrado por un compresor incorporado en el equipo de perforación. Enmodelos más antiguos, el aire comprimido era suministrado desde una unidadcompresora independiente y remolcable, ya que disponía de sus propias ruedas yque se conectaba a la perforadora mediante una manguera. Esta unidad podíasituarse a una distancia de unos 20 – 40 m de la perforadora para que las pérdidasde presión no fueran excesivas.

Gráfica 6.Disposición de equipos de perforación


3.2. Perforadoras con martillo en fondo

Son perforadoras en las que, a diferencia de los martillos en cabeza, el elementoque proporciona la percusión o martillo va situado en el interior del taladro eincorpora únicamente el mecanismo de percusión (los elementos que proporcionanla rotación y el empuje son del todo independientes y están situados en superficie) 8

8 Opcit.,

http://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdf


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El chasis y los restantes elementos son similares a los mencionados para lasperforadoras de martillo en cabeza, e incluyen también el compresor y la cabinapara el operador.

El martillo tiene forma cilíndrica y su mecanismo de percusión funciona de formasimilar. La posición “a” muestra el inicio de la carrera ascendente del pistón. El airea presión abre la válvula antirretorno situada en la parte superior del martillo y entraen el tubo central distribuidor. De las tres oquedades de salida de éste, sólo lacentral se encuentra abierta, de forma que el aire llega a la parte inferior del pistóna través de uno de los conductos internos del mismo y lo impulsa hacia arriba.

Gráfica 7.Funcionamiento del martillo en fondo


4. Tamaño tubos y mangueras recomendados para transmisión de airecomprimido

El martillo en fondo se utiliza fundamentalmente en la gama de 80 - 200 mm dediámetro. En diámetros inferiores éstos serían muy poco eficientes y en diámetrossuperiores requerirían compresores excesivamente grandes. En principio, puedeutilizarse en cualquier tipo de roca sin más limitaciones que las que cualquier



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sistema de perforación tendría en el caso de una formación fracturada quedificultase o incluso imposibilitase el barrido.

Gráfica 8. Campo de aplicación de los diferentes tipos de martillo


El tubo testiguero es un tubo de longitud variable entre 0,5 y 3 m que, situado en lasarta de perforación detrás de la corona, recoge la muestra cilíndrica de rocacortada por ésta. Un muelle troncocónico que se acuña entre el testigo y la pareddel tubo impide la pérdida de la muestra al extraer la sarta.

El porcentaje de muestra recuperada respecto a la capacidad total del tubotestiguero se denomina "grado de recuperación" y depende entre otrascircunstancias del diámetro y la friabilidad de la muestra y de las características deltubo testiguero.

Así, existen tubos testigueros:

Simples o dobles. Dobles rígidos o giratorios. Dobles de salida frontal o interior



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Gráfica 9.Tipos de tubo testiguero


Cuando existe riesgo de desmoronamiento de las paredes del sondeo o se detectanimportantes pérdidas de fluido de barrido, no queda otro remedio que entubar elsondeo con una tubería de revestimiento. Esta tubería se rosca por tramos de unadeterminada longitud y es de tipo telescópico, es decir que su diámetro externo, algoinferior al del sondeo, permite que se introduzca en el mismo sin demasiadadificultad y su diámetro interno ha de permitir, a su vez, el paso de la corona detamaño inmediato inferior para proseguir la perforación9.

Gráfica 10.Sistema Wire-Line


9 Ibíd.,

http://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdf


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Todo el material utilizado en sondeos está normalizado según alguna de las dosNormas actualmente existentes, cuyas especificaciones se detallan a continuación

Tabla 1.Material utilizado en sondeos. Norma Europea

Diámetro de

la coronaexterior (mm)

Diámetro del testigo

(mm)

Diámetro de las

varillas

Diámetro de

revestimiento(mm)ST WL ST WL36 22 - - - -46 32 20 33.5 43 44x3756 42 30 53 54x3766 52 40 42 63 64x5776 62 48 72 74x6786 72 58 50 82 84x77

101 87 - - - 98x89116 102 - 60 - 113x104131 117 - - - 128x119146 132 - - - 143x134

Fuente. Elaboración propia información tomada de Perforación y voladura de rocasen minería. Departamento de explotación de recursos minerales y obrassubterráneas. Madrid, 2013.

En la Norma americana, cada familia de útiles (tubos testigueros, varillas, tubos derevestimiento, etc.) que se utilizan para un mismo diámetro de sondeo se designacon una primera letra que indica el tamaño aproximado.

Tabla 2.Material utilizado en sondeos. Norma AmericanaDenominación Tamaño aproximado

del sondeo (pulgadas)R 1E 1 1/2

A 2B 2 1/2 N 3H 4P 5S 6U 7Z 8

Fuente. Elaboración propia información tomada de Perforación y voladura de rocasen minería. Departamento de explotación de recursos minerales y obrassubterráneas. Madrid, 2013.


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Una segunda letra (W) permitió la introducción de modificaciones a estos diámetrosoriginales con objeto de conseguir un juego de tubos de revestimiento queencajasen uno dentro de otro y posibilitasen los sondeos telescópicos. La terceraletra (G, M, T, L o F) indica alguna característica especial del tubo testiguero. Porejemplo, G y T sirven para designar tubos porta testigos en los cuales la salida del

agua está bastante lejos del corte de la corona. La letra M representa un tubo portatestigos con salida de agua muy cerca del corte y la letra F uno con salida frontalpor el labio de la corona. La letra L sirve para designar los porta testigos diseñadospara el sistema "wire line".

Gráfica 11.Equipos de sondeos de superficie y de interior


5. Diversidad del factor de capacidad.

Los compresores de aire son dispositivos usados para proporcionar energíaeficiente a las herramientas y a la maquinaria de construcción. Los compresores deaire pueden operarse por motores de combustión interna y su capacidad depresurizar el aire permite a la energía ser transmitida vía tubos o mangueras 10.

Los compresores de aire son generalmente utilizados para transmitirle energía a lostaladros de roca, a los martillos perforadores, a los motores de aire, a las bombas,

y a muchos más tipos de materiales de construcción. El uso de compresores lepermite a los trabajadores perforar agujeros, cortar materiales, machacar roca,verter concreto vibrado, y se utiliza constantemente en otras incontablesaplicaciones de la construcción.

10 Compresor de aire equipo de construcción. Recuperado.http://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_aire

http://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdfhttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://oa.upm.es/21848/1/20131007_PERFORACION_Y_VOLADURA.pdf


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Gráfica 12.Compresor de aire Ingersoll-Rand PW185AWIR

Fuente. Compresor de aire equipo de construcción . Recuperado. http://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_aire

5.1. La Energía consumida en el aire de barrido

Los equipos de perforación rotativa están dotados de uno o dos compresores quesuministran el aire comprimido necesario para el barrido y extracción del detritus.La energía consumida en un proceso de compresión depende, en lo esencial, dedos parámetros: la presión final (P) y el volumen o caudal de aire libre (Q) queinterviene en el proceso11.

Por lo general se emplean compresores de tornillo de baja presión: 40 o 50 [psi],equivalentes a 2,8 y 3,5 [Bar] respectivamente, la adecuada refrigeración de losrodamientos del tricono no requiere presiones mayores. En cuanto a la capacidad ocaudal, factor que incide directamente en la velocidad del aire (energía cinética) quehace posible la extracción del material, se ubica en un rango entre 10 y 50 [m3/min],según el tamaño del equipo. Haciendo una simplificación, en el sentido que eltrabajo (Wis) de compresión del aire se realiza mediante un proceso isotérmicoteórico se tiene:

Wis Vdp

Wis PVLn(PP⁄ )

11 MIGUEL MINEROExplotación de minas . 28 de febrero de 2013 Recuperadohttp://es.slideshare.net/miguelminero/perforacion-y-voladura-16841997

http://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://es.slideshare.net/miguelminero?utm_campaign=profiletracking&utm_medium=sssite&utm_source=ssslideviewhttp://es.slideshare.net/miguelminero/perforacion-y-voladura-16841997http://es.slideshare.net/miguelminero/perforacion-y-voladura-16841997http://es.slideshare.net/miguelminero/perforacion-y-voladura-16841997http://es.slideshare.net/miguelminero?utm_campaign=profiletracking&utm_medium=sssite&utm_source=ssslideviewhttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_aire


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Gráfica 13.Proceso isotérmico

Fuente. Explotación de minas. Recuperado

http://es.slideshare.net/miguelminero/perforacion-y-voladura-16841997 Reemplazando en la fórmula anterior los valores correspondientes a la situaciónpráctica que aquí se analiza, se obtiene:

Wac PQLn(PP⁄ )75 x 60 x πc

Wis------Wac: Potencia requerida por el compresorP1 ---------P0 : Presion atmosferica del lugar , igual a P(at) x 10.330 (Kgp/m2)V1----------Q : Caudal de aire libre requerido (m3/min)P2------- P1: Presion absolita a la salida del compresor igual a (P 0+P) (Kgp/m2)

P: Presion manometrica a la salida del compresor, igual a 2,8 o 3,5 (Kgp/m2)πc: Rendimiento total al proceso de compresion 0,60-0,70

6. Aire requerido para los equipos y herramientas neumáticas

Para que el aire transmita energía, necesita ser comprimido o aumentado a unapresión más alta. Cuando el aire es comprimido se le da energía que puedeproporcionar la energía para la maquinaria, generalmente con el uso de pistonesque empujan el aire comprimido hacia adelante y hacia atrás.

La ley de Boyle indica que el volumen de gas (tal como aire) aumenta cuando lapresión se disminuye en una temperatura constante. Debido a la naturaleza del airecomprimido, es inevitable que una cierta energía sea perdida en el proceso. Estapérdida de presión es causada por la fricción del aire mientras viaja a través de las

http://es.slideshare.net/miguelminero/perforacion-y-voladura-16841997http://es.slideshare.net/miguelminero/perforacion-y-voladura-16841997http://es.slideshare.net/miguelminero/perforacion-y-voladura-16841997


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pipas o de las mangueras, por lo tanto haciendo el tamaño de la pipa/de la mangueraun factor primario en la maximización de energía12.

Varios compresores de aire se utilizan generalmente en conjunto el uno con unootro para crear un sistema de distribución que lleve el aire comprimido como energía

hacia diversos puntos. El aire entonces se transforma en energía para unaherramienta mecánica

6.1. Tipos de temperaturas de compresión

a) La compresión adiabática ocurre cuando el volumen de aire cambia sin unnecesario cambio en la temperatura del calor.

b) La compresión isotérmica ocurre cuando la temperatura no cambia, pero hayun cambio en el volumen de aire.

c) Los refrigeradores intermedios se utilizan entre las etapas de compresiónpara ayudar a reducir la temperatura del aire y remover la humedad del aire.

d) El pos enfriador permite que los compresores refresquen el aire después deque sea descargado. Si la humedad no se elimina del aire, éste corre elriesgo de congelación durante el transcurso de la extensión, causando aveces que el aceite usado para lubricar las herramientas sea eliminado yvuelto menos eficaz.

e) Los receptores de aire también se utilizan para igualar las pulsaciones queson producidas desde el compresor. Esto remueve cualquier vapor del agua

y aceite que se haya acumulado durante el proceso. El volumen de losreceptores de aire debe estar de 1/10 a 1/6 al del compresor.

12 PEURIFOY, ROBERT AND SCHEXNAYDER, Clifford. Construction, Planning, Equipment, andMethod. McGraw Hill: New York, 2002


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Gráfica 14.Compresor de aire sobre patines Ingersoll-Rand P185WJD 2002


6.2. Sistema de distribuciónUn sistema de distribución está instalado para hacer la mayor parte del airecomprimido para aplicaciones en construcciones de gran tamaño. Cuando el airecomprimido viaja de su punto de creación a la herramienta, la presión disminuye,causando una pérdida de energía. El sistema de distribución tiene la meta de reducirla pérdida de energía usando las pipas que lo suficiente grandes para que la presiónno se amplíe más de un 10 por ciento de la cantidad original de presión. Manguerasmás cortas pueden ser utilizadas, lo cual significa menos escape de presión 13.

Cuando un proyecto requiere una cantidad significativa de aire comprimido por

minuto, un colector de aire puede asistir con esto. Los colectores de aire tienenpipas que son mucho más grandes en diámetro y permitan que el aire comprimidopase a través de diversos sistemas sin el miedo de “pérdida de línea -de-fricción”

7. Costo del aire comprimido y fugas de aire

El aire comprimido es la fuente de energía utilizada con más preferencia en laindustria extractiva, siendo la red de aire comprimido un medio de transmisión deesta energía. Su importancia se ha ido aumentando año a año, debido al avanceque ha experimentado la técnica en la construcción de los motores de aire, cuyosrendimientos al ser comparados en igualdad de condiciones con otros motores,tienen grandes ventajas de operación sobre todo en lo que se refiere a trabajossubterráneos.

Es así como un sin número de operaciones se realiza por medio de equipos movidospor aire comprimido siendo los más comunes perforación, carguío, arrastre,

13 Ibíd.,

http://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_aire


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transporte, iluminación, desagüe, etc. La compresión de aire se realiza en lasmáquinas conocidas con el nombre de “compresores”.

En ellas se aspira aire del ambiente y se aumenta su presión hasta que alcance unvalor adecuado para su utilización, una vez comprimido pasa a estanques dealmacenamiento, y de allí, es conducido, a través de una red de cañerías dedistribución a los diferentes puntos de consumo en el interior de la mina.

7.1. Compresores Mineros

Los compresores de aire en una minera subterránea, en especial en las faenaspequeñas y medianas, son por lo general los que consumen la mayor proporción deenergía. Su eficiencia tiene por lo tanto una incidencia importante en los costos deoperación de una faena minera 14.

De acuerdo al principio físico según el cual comprimen al aire, se distinguen

fundamentalmente dos tipos de compresores:a) Compresores de desplazamiento o volumétricasb) Compresores dinámicos o turbocompresores

En el caso de los compresores mineros que entregan aire a una presiónmanométrica del orden de los 7 kg P/cm2, la compresión se realiza normalmente endos etapas y puede considerarse como dos compresores de una etapa. En laprimera fase el aire se comprime desde la presión atmosférica hasta la presiónintermedia (P2= P1*P2) ½).

En la segunda se alcanza la presión final requerida entre ambos cilindros el airepara por un intercambiador de calor, donde es enfriado lo más posible hasta latemperatura ambiente

7.2. Técnica del compresor etapa de compresión

Los procesos en el compresor son poli trópico, esto quiere decir que la temperaturase incrementa con la relación de compresión.

El trabajo de compresión aumenta a medida que se eleva la temperatura. Con objetode limitar la temperatura y mejorar en consecuencia el rendimiento de la

compresión, normalmente se realiza ésta en etapas entre una de las cuales serefrigera el gas.

14 MARCOS BARBOZA, PATRICIO DURÁN.Servicio Minero. Universidad de Antofagasta. ServicioMinero; Aire comprimido. Recuperadohttp://ayudantia.bligoo.cl/media/users/28/1448048/files/481946/Aire_comprimido.pdf

http://ayudantia.bligoo.cl/media/users/28/1448048/files/481946/Aire_comprimido.pdfhttp://ayudantia.bligoo.cl/media/users/28/1448048/files/481946/Aire_comprimido.pdfhttp://ayudantia.bligoo.cl/media/users/28/1448048/files/481946/Aire_comprimido.pdf


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En la compresión en varias etapas se incrementa también el rendimientovolumétrico, a la vez que la relación de compresión sobre la primera etapadisminuye.

Se llega a un punto óptimo en la refrigeración intermedia cuando latemperatura del aire a la salida del refrigerador posterior es igual a latemperatura del aire en la aspiración.

Si estamos en el punto óptimo de la refrigeración intermedia, el consumo depotencia mínimo se consigue si las relaciones de compresión en todas lasetapas son iguales.

A mayor número de etapas de compresión, la aproximación a la isoterma esmayor. Se tiene por una parte un rendimiento de la compresión mayor; peropor otra parte el compresor se hace más caro y complicado.

Gráfica 15.Etapa de compresión.

Fuente. Marcos Barboza, Patricio Durán. Servicio Minero. Universidad de Antofagasta. Servicio Minero; Aire comprimido.Recuperado .http://ayudantia.bligoo.cl/media/users/28/1448048/files/481946/Aire_comprimido.pdf

7.3. Tipos

Los compresores pueden venir en diversos tipos con características selectas.Pueden ser inmóviles o portátiles. Los compresores inmóviles son mejor utilizadospara las aplicaciones que enduran los largos periodos de un sitio fijo, mientras queel portátil se utiliza en sitios donde hay constante movimiento. Los compresoresportátiles por lo tanto se hacen con ruedas neumáticas, ruedas de acero u esquís yson accionados por gas o motores diésel. El tipo más común de compresor portátilusado en proyectos de construcción es el compresor de tornillo rotatorio.15 Los compresores pueden proporcionar un flujo de energía intermitente, tambiénconocido como desplazamiento positivo, o un flujo continuo de energía, que sepuede apreciar en el flujo centrífugo y axial (para los líquidos).

15 Ibíd.,

http://ayudantia.bligoo.cl/media/users/28/1448048/files/481946/Aire_comprimido.pdfhttp://ayudantia.bligoo.cl/media/users/28/1448048/files/481946/Aire_comprimido.pdfhttp://ayudantia.bligoo.cl/media/users/28/1448048/files/481946/Aire_comprimido.pdfhttp://ayudantia.bligoo.cl/media/users/28/1448048/files/481946/Aire_comprimido.pdfhttp://ayudantia.bligoo.cl/media/users/28/1448048/files/481946/Aire_comprimido.pdfhttp://ayudantia.bligoo.cl/media/users/28/1448048/files/481946/Aire_comprimido.pdf


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Estos compresores son los más conocidos y comunes. Para verlos aquí y observarsus diferencias los dividimos en dos tipos diferentes. Los Rotativos (lóbulos, tornilloo paletas) y los Alternativos (pistones).

7.4. Compresores según su movilidad

a) Compresores estacionarios:

Se emplean en instalaciones destinadas a servir por muchos años. Necesitanpara su instalación un edificio especialmente apropiado. Las funciones debenhaberse calculado y especificado cuidadosamente, contra vibraciones y otrassolicitaciones a que están expuestas 16.

b) Compresores portátiles:

Estos compresores tienen la característica de tener una gran movilidad

debido a que todo el conjunto (motor-compresor) va montado sobre un mismochasis con ruedas, estos compresores se caracterizan por trabajar avelocidades altas que van de los 1.800 a 3.900 R.P.M (las últimas cifras serefieren a compresores de tornillos o rotativos) su producción es del orden de180 a 900 pie3/min. El compresor portátil tiene su mayor aplicación en eltrabajo de máquinas perforadoras montadas cobre orugas, que tienenmovilidad propia, en general se aplica en:

Trabajos de corta duración; 6 meses, 1 año. Donde el compresor deba moverse mucho como explotación cielo-

abierto. -Donde los puntos de consumo estén repartidos y es posible

alimentarlos indebidamente. Donde el frente avanza rápidamente. Donde debido a los trabajos de explotación no es justificada la

instalación de una red.

c) Compresores semiportátiles:

Como su nombre lo indica ocupa una posición intermedia con respecto a losdescritos anteriormente, su campo de aplicación es también difícil deestablecer en forma categórica, puede instalarse directamente sobre unsuelo arreglado ligeramente y haciéndolo descansar sobre listones demadera, el conjunto compresor unidad motriz (diésel o eléctrica) estámontado sobre un bastidor metálico, su capacidad puede estar en 650 pie3/min. A 585 R.P.M.

16 Ibíd., Opcit


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7.5. Compresores dinámicos (flujo continuo)

a) Compresores centrífugos

El compresor centrífugo es un dispositivo que aumenta el volumen mediante

el uso de la velocidad de girar a una fila de paletas o de ventiladores. El aireabre su camino hacia el ventilador y es girado mientras se encuentra dentrodel dispositivo centrífugo y es liberado por la fuerza de la velocidad delcentrífugo. Son beneficiosos para las empresas de la construcción porquegeneralmente son bajos en costos, pero tienen un bajo ratio de capacidad depresión.

b) Compresores de flujo axial

Los compresores de flujo axial consisten en el rotor o las láminas giratorias,y las láminas fijas. Una “etapa” ocurre cuando una fila de láminas del rotor

pasa a través de las láminas fijas. El aire se empuja a través de la parteposterior de las paletas fijas, usando esta velocidad para producir energía. Elratio de la presión es típicamente 1:2:1 pero puede aumentar a medida quelas etapas continúen 17

Gráfica 16.Compresor de aire portátil Atlas Copco XASE1600GD 2001


17The Compressor. Aox. 2008-09-24.

http://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_airehttp://www.es.ritchiewiki.com/wikies/index.php/Compresor_de_aire


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7.6. Transmisión de aire comprimido

La transmisión del aire comprimido se realiza por medio de conductos o cañerías.El material de fabricación de las cañerías para transmisión del aire es el acero. Sinembargo, hoy en día se están usando con éxito en trabajos provisorios o temporales

la cañería de plástico, por otro lado, compañías europeas y americanas handesarrollado un tipo de cañerías metálicas mucho más livianas que las cañerías deacero corriente; en base de aluminio 18.

Aunque los tipos de cañerías son varios, su diferencia más notable radica al efectuarlos acoplamientos de las uniones. Así se tiene que el tipo más corriente es la cañeríacon unión de copla usada corrientemente con cañerías cuyo diámetro, varia de 2 a6 pulgadas en instalaciones permanentes, su acoplamiento presenta dificultadespor el hecho de producir escapes al ser golpeada por carros descarrilados, caídos,etc.

Las causas corrientes en el escape de gases se producen principalmente en lassiguientes partes de la instalación:

a) En las uniones de las coplas atornilladas (la más común y la más importante)b) En válvulas mal instaladas con empaquetadura deficiente.c) En empalmes de cañerías o estanques o trampas.d) En uniones sometidas o vibraciones o movimientos, ejemplos; cañerías con

falta de apoyo.e) En cañerías con chanfle y tornillo, escape en las uniones, por

empaquetaduras deficientes o los tornillos de unión dobladas o curvados, noproporcionando debida presión en la unión.

f) En acoplamiento de mangueras a cañerías y de las mangueras al equipo deaire comprimido. Como acusación se debe decir que la filtración de aire esimprobable que ocurra a través de las paredes de las cañerías, los escapesson en la gran mayoría en las uniones ente: cañerías, válvulas, codos, etc.Es aquí donde debe inspeccionarse el escape.

7.7. Forma de evaluar las pérdidas por fugas de aire

Existen tres métodos: el primero es esencialmente cualitativo y el segundo y terceroson cuantitativos.

a) La forma de operar es la siguiente, se colocan manómetros al final de la red,se lleva la presión del aire hasta la presión de trabajo; en este momento secierran las válvulas de paso del estanque de aire y separan los compresores,se anota el tiempo que transcurre. Con este método no se mide; sinó que se

juzga de acuerdo a la rapidez del descenso de la presión.

18 Opcit.,


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b) Con este método es posible saber el valor de las pérdidas. Consiste encalcular el volumen de la red de aire, o sea la cantidad de aire libre quecontendrá en las condiciones de trabajo de aire comprimido. Se procedecomo en el caso anterior, o sea se eleva la presión a la de trabajo y luego secontrola el tiempo de descenso de la presión, con estos valores y el valor del

aire libre calculado anteriormente, se puede conocer la cantidad de airecomprimido perdido por fuga o escapes.

c) Este tercer método también evalúa las pérdidas. Se eleva la presión de aireala de trabajo, luego se cierran todas las llaves de paso a las máquinasanulando el consumo de ellas y los compresores se hacen trabajar de talmodo, que solo se conserve en el estanque la presión de trabajo. Entonceslas fugas de aire estarán representadas por el aire suplementario producidopor el trabajo del compresor.

Gráfica 17.Diagrama de compresor de pistón (izquierda)




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CONCLUSIONES.

El empleo y conocimiento de herramientas en la perforación y explotación derocas a cielo abierto son importantes en la consecución de obras civiles, paraello es necesario entender el comportamiento de ciertos factores, como lageología, el terreno y las características morfológicas de las rocas

Para los trabajos de explotación de rocas a cielo abierto es necesario elconocimiento del mantenimiento y operación de las herramientas comocompresores, martillos y maquinaria en general que se emplea en el uso yejecución de este tipo de obras.


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BIBLIOGRAFIA

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CUESTIONARIO

1. Existen distintos métodos de perforación de rocas, diferenciados principalmentepor el tipo de energía que utilizan

a. Mecánicosb. Térmicosc. Hidráulicosd. Todas las anteriores

2. Diga si es falso o verdadero

En minería y en obras civiles, la perforación se realiza, actualmente, utilizandoenergía mecánica

a. Verdaderob. Falso

3. Los principales componentes de un sistema de perforación en rocas son: a. Perforadora, fuente de energía mecánica.b. Varillaje, medio de transmisión de dicha energía.c. Broca o bit, herramienta útil que ejerce energía sobre la rocad. Todas las anteriores

4. Según el método mecánico la clasificación de las perforaciones se divide en

a. Métodos rotopercutivos, perforación rotopercutiva, métodos rotativosb. Perforadora, varillaje, Broca o bitc. a y b son correctasd. Todas las anteriores

5. Según el tipo de maquinaria se clasifica en:

a. Perforación manualb. Perforación mecanizadac. Perforación de avance de galerías y túnelesd. Todas las anteriores


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6. Se afirma que el martillo es el elemento que proporciona la percusión medianteel movimiento alternativo de una pieza de choque, que es el pistón, quesucesivamente golpea sobre el utillaje de perforación

a. Verdadero

b. Falso

7. El cálculo de la energía de impacto “E” podría hacerse de dos formas, unaprimera sería haciendo el cálculo del trabajo realizado sobre el pistón mediantela siguiente expresión:

a. E1 · M∗V^ b. E1 Pm · A c. E3=S∗Y∫ f t d. Pm = Presión media efectiva del fluido

8. El fluido de accionamiento en el caso de la perforación neumática es airecomprimido a una determinada presión, normalmente de valores comprendidosentre 7 y 25 bar. Existen dos alternativas (Marque dos opciones)

a. Que la percusión se produzca fuera del taladro y se transmita a la broca através de la sarta de varillaje (martillo en cabeza).

b. El perfil longitudinal del pistón tiene por tanto forma de T.c. Que el martillo se sitúe en el fondo del taladro, golpeando así el pistón

directamente sobre la broca (martillo de fondo).d. La diferencia de energía entre la onda incidente y la reflejada representa laenergía transmitida a la roca

9. Cuando se habla de perforadoras cuyo martillo está diseñado para trabajarmediante aire a 7 - 8 bar de presión máxima se hace referencia a:

a. Perforadoras con martillo en cabezab. Perforadoras con martillo en fondoc. Perforación y voladura de rocas en mineríad. Todas las anteriores

10. El martillo de fondo utiliza una gama en mm de diámetro:a. 50-60b. 80-220c. 80-200d. Ninguna de las anteriores


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11. Existen tubos testigueros

a. Simples o dobles.b. Dobles rígidos o giratorios.c. Dobles de salida frontal o interior

d. Todas las anteriores

12. Cuando NO existe riesgo de desmoronamiento de las paredes del sondeo o sedetectan importantes pérdidas de fluido de barrido, no hay necesidad de entubarel sondeo con una tubería de revestimiento.

a. Falsob. Verdadero

13. Todo el material utilizado en sondeos está normalizado según alguna de lasdos Normas actualmente existentes que son:

a. Australiana y americanab. Colombiana y españolac. Americana y europead. Ninguna de las anteriores

14. En la norma americana, cada familia de útiles (tubos testigueros, varillas, tubosde revestimiento, etc.) que se utilizan para un mismo diámetro de sondeo sedesigna con una primera letra que indica el tamaño aproximado esta afirmaciónes:

a. Verdaderab. Falsa

15. Los compresores de aire son dispositivos usados para proporcionar energía yno son eficientes con las herramientas y a la maquinaria de construcción

a. Verdaderab. Falsa

16. De acuerdo al principio físico según el cual comprimen al aire, se distinguenfundamentalmente dos tipos de compresores elija dos opciones

a. Compresores de desplazamiento o volumétricasb. Compresores minerosc. Compresores dinámicos o turbocompresoresd. Compresores estacionarios


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17. Los compresores según su movilidad son:

a. Compresores centrífugos, de flujo axialb. Compresores dinámicos o turbocompresoresc. Compresores estacionarios, portátiles, semiportátilesd. Todas las anteriores

18. Las formas de evaluar las perdidas por fugas de aire son cualitativo y el segundoy tercero son cuantitativos.


19. El compresor portátil tiene su mayor aplicación en el trabajo de máquinasperforadoras montadas cobre orugas, que tienen movilidad propia, en generalse aplica en:

a. Trabajos de corta duración; 6 meses, 1 año.b. Donde el compresor deba moverse mucho como explotación cielo-abierto. -

Donde los puntos de consumo estén repartidos y es posible alimentarlosindebidamente.

c. Donde el frente avanza rápidamented. Todas las anteriores

20. El trabajo de compresión aumenta a medida que se eleva la temperatura. Conobjeto de limitar la temperatura y mejorar en consecuencia el rendimiento de lacompresión, normalmente se realiza ésta en etapas entre una de las cuales serefrigera el gas.


Perforacion de Rocas y Explotacion a Cielo Abierto-Elkin Eduardo Gómez

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