Informe 2 Perforacin Neumtica

Universidad de La SerenaInforme 2 Perforacin NeumticaDepartamento de Ingeniera de Minas

Eduardo Luna ToroMartes, 21 de abril

Desarrollo1) Deduzca las frmulas de velocidad del pistn, frecuencia, energa por golpe y potencia de una perforadora neumtica en funcin del dimetro del pistn, peso del pistn, desplazamiento del pistn y de la Presin del aire comprimido.1) Velocidad del Pistn:Se definen los parmetros: Mp : Masa del pistn. k : constante de perdida de energa. Pc : presin de aire comprimido. D: dimetro del pistn. u: desplazamiento. Fp : Fuerza del pistnEstableciendo el anlisis en base al trabajo de las fuerzas no conservativas se tiene que:

Dado que solo vara la energa cintica se tiene:

Ocupando la definicin de trabajo, fuerza por desplazamiento:

Si se establece la fuerza en funcin de la potencia:

Despejando la velocidad del pistn (Vp):

2) Frecuencia:La frecuencia puede ser definida en trminos de velocidad y desplazamiento:

Incorporando el trmino de velocidad previamente obtenido:

3) Energa de Golpe:Como se estableci la energa que vara nicamente corresponde a la energa cintica, por lo que resulta correcto concluir que la energa del golpe se relaciona a este tipo de energa por lo tanto:

4) Potencia Recurriendo a la definicin de potencia se tiene:

Desarrollando en funcin del dimetro y la presin se tiene

2) En una perforadora neumtica, cundo la transmisin de energa es mxima? Demustrelo.Es posible demostrar que la mxima transmisin de energa se logra cuando existe una relacin de similitud entre la masa de la barra y la masa de la barra, cuando esta condicin se logra la transmisin de energa es mxima.La demostracin se realiza utilizando el concepto de choque, estableciendo los parmetros: Mp= Masa del pistn Mv= Masa de la varilla Vp1= Velocidad del pistn en el estado 1 Vp2= Velocidad del pistn en el estado 2 Vv1= Velocidad de la varilla en el estado 1 Vv2= Velocidad de la varilla en el estado 2 e= Coeficiente de restitucindonde:

Si establecemos las condiciones en las cuales la varilla inicialmente se encuentra en reposo (Vv1=0) y que luego del impacto el pistn se detiene (Vp2=0) se tiene:

Si caracterizamos el choque en base a la restitucin de energa, establecemos que se trata de un choque elstico por lo cual e=1:

De la utilizacin simultnea de ambas ecuaciones se obtiene que:

Lo cual es la expresin buscada. Q.E.D

3)Se desea perforar 20 pozos de 30 pies c/u ;Sabiendo que para cada pozo se invirtieron los siguientes tiempos: 3 min en cambio de aceros, 10 min perforando, alinear los aceros 2 min , cambiar la bit 2 min y otros tiempos 3 min.a) Investigue la diferencia entre velocidad de perforacin y velocidad de penetracin.b) Calcule la velocidad de penetracin del ejercicio 3.c) Calcule el tiempo total que se demora en perforar los 20 pozos sabiendo que la perforadora tiene una eficiencia de 40 min por hora.R:A) La velocidad de perforacin se refiere a los metros perforados en todo el periodo de trabajo de la mquina, es decir que se incluyen los tiempos muertos de la mquina los cuales son utilizados en actividades anexas o no a la actividad de perforacin. La velocidad de penetracin son los metros de roca perforados en un determinado tiempo la cual depende de diversos factores entre ellos la dureza de la roca por ejemplo.B) Recurriendo a la definicin se tiene:30 pies = 9.144 m

20 pozos: = Eficiencia de la perforadora

4) El caudal que suministra un compresor en el barrido es de 2000 m3/min, sabiendo que las rocas tienen una densidad media de 3 gr/cm3 y los pozos perforados tienen una profundidad de 15 metros y un dimetro de 25 cm, adems la varilla de la mquina perforadora tiene un dimetro de 15 cm .Con los datos entregados calcule el dimetro de las partculas obtenidos.R.- Recopilando previamente desde bibliografa afn al tema se establecen las siguientes relaciones relevantes para la resolucin del problema:

Q = caudal (m3/min) D = dimetro del barreno (m) d = dimetro de las varillas (m)Por otro lado:

Va = velocidad ascensional r = densidad de la roca dp= dimetro de las partculas(mm) se tiene que: Tambin:

5) Con respecto a la perforacin Rotopercutiva:a) Investigue en que rango de resistencia compresiva se puede usar la perforacin Rotopercutiva.b) Investigue los dimetros de perforacin de una DTH Y Haga una grfica de RPM vs Dimetro para esta. R.-A) El rango de resistencia compresiva es de 1000 a 5000 bar.B)Dimetro MartilloR.P.M

541080

67900

80900

104840

128840

142900

185840

220840

Del presente grfico es posible concluir que existe una disminucin de la velocidad al aumentar el dimetro de la corona, sin embargo esta disminucin no es muy pronunciada lo cual dado que se trata de datos particulares no es posible extrapolarlo a priori a un comportamiento general en base a estos parmetros sin embargo estable un criterio de primera instancia de utilidad para el caso particular.

Conclusin Dado que la perforacin es una actividad fundamental dentro de la exploracin y explotacin en minera, contar con criterios y herramientas que optimicen este proceso tanto desde el punto de vista operacional como econmico resulta de gran utilidad en un rubro que cuentas con alta inversin pero tambin con elevados costos de operacin. Es por esto que establecer que los principales parmetros de la perforacin, a saber, velocidad de perforacin y penetracin, velocidad del pistn, potencia, frecuencia, etc. Depende tanto de factores fsicos como de caractersticas geomtricas los cual resulta bastante favorable ya que es posible optimizar el proceso ya sea valindose de su comportamiento fsico como tambin variando la forma o caractersticas geomtricas; es as como fue posible establecer que la transicin de energa mxima sucede cuando existe una relacin de similitud entre la masa del pistn y la masa de la barra como tambin se estableci que parmetros como velocidad del pistn, frecuencia, potencia, energa de golpe en una perforadora neumtica; dependen de variables tanto fsicas como geomtricas, a saber, dimetro del pistn, masa del pistn, presin de aire comprimido, desplazamiento. Adems se estableci que un rango de seguridad de resistencia compresiva para utilizar un perforadora rotopercutiva es 1000 a 5000 bar.Por ultimo de la grfica de los datos de dimetros de perforacin de una DTH se establece que existe una disminucin de la velocidad al aumentar el dimetro de la corona, sin embargo esta disminucin no es muy pronunciada lo cual dado que se trata de datos particulares no es posible extrapolarlo a priori a un comportamiento general en base a estos parmetros sin embargo estable un criterio de primera instancia de utilidad para el caso particular.