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16/04/2015
MÉTODOS Y EQUIPOS DE
PERFORACIÓN
Carlos LÓPEZ JIMENO
Dr. Ingeniero de Minas
E.T.S.I de Minas
Universidad Politécnica de Madrid, España
Métodos de excavación
• Manual
• Mecánica
• Excavadoras
• Martillos hidráulicos
• Rozadoras
• Tuneladoras
• Perforación y voladura
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Métodos de perforación
Los métodos de perforación han evolucionado a lo largo del siglo
pasado, desde la ejecución totalmente manual a la actualidad que se
efectúan los barrenos de manera totalmente automatizada.
Métodos de perforación
Perforación
manual
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Métodos de perforación
Las primeras perforadoras neumáticas
aparecieron a finales del siglo XIX
Métodos de perforación de rocas
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2
3
Perforación rotopercutiva
Martillo en Cabeza, (2 y 3).
Martillo en Fondo, (1).
Perforación rotativa, (4).
4
3
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Métodos de perforación de rocas
Perforación rotopercutiva
Sarta de perforación
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Perforación rotopercutiva
Principios de la perforación
Mecanismo de rotura
REQUERIMIENTO
Fuerza
TEÓRICO DE
FUERZA PARA
ROTURA
Penetración
Punta de prueba
Herramienta de
prueba usada
Herramienta de
prueba gastada
Perforación rotopercutiva
Percusión
Fuerza de Impacto
del pistón
250.000 N (25t)
Varilla
Manguito
Fuerza de Empuje
15.000 N (1,5t)
Veloc. Rotación
250 r/min
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Perforación rotopercutiva
Percusión
Pistón
Barrena
Fuerza ≈ 25
t
Perforación rotopercutiva
Percusión
La misma Potencia de Impacto puede obtenerse con …
Baja energía
Alta frecuencia
Alta energía
Baja frecuencia
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Perforación rotopercutiva
Percusión
Niveles de tensión en la onda de choque
2 x longitud de pistón
2 x longitud de pistón
Perforación rotopercutiva
Percusión
Niveles de tensión en la onda de choque
Niveles de tensión generados por
pistones de la misma masa en
martillos neumáticos e hidráulicos
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Perforación rotopercutiva
Percusión
Pérdidas de energía
La onda pierde algo de su energía, del orden del 6 al 10 % por cada
manguito en la sarta a lo largo del taladro. Esta pérdida es debida en parte a
la diferencia entre el área de la varilla y del manguito, debido a que las caras
de la varilla y del manguito nunca tienen un perfecto ajuste entre ellas.
Perforación rotopercutiva
Rotación
80 - 150 r/min
La rotación hace girar la boca entre
impactos sucesivos, tiene como misión
hacer que ésta actúe sobre distintos
puntos de la roca en el fondo del
barreno.
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.
40 - 60 r/min
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Perforación rotopercutiva
Empuje
Con el fin de asegurar una buena
roca, la boca debe estar en
contacto
permanente.
Esto se
EMPUJE
transmisión de la energía a la
consigue con la fuerza de empuje
suministrada
por
un
motor
o
cilindro de avance, que debe
adecuarse al tipo de roca y boca.
PRESIÓN DE
PERCUSIÓN BAJA
PRESIÓN DE
PERCUSIÓN ALTA
Perforación rotopercutiva
Barrido
Para que la perforación resulte eficaz, es necesario que el fondo del barreno se
mantenga constantemente limpio evacuando el detritus 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.
BARRIDO CON AGUA: DE 0,4 A 1 m/s (0,7 A 1 MPa)
BARRIDO CON AIRE: DE 15 A 30 m/s
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Perforación rotopercutiva
Barrido
Empaquetaduras
Barrido lateral
Perforación rotopercutiva
Perforación neumática
Rotación por barra estriada
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Perforación rotopercutiva
Perforación neumática
Rotación independiente
Perforación rotopercutiva
Perforación hidráulica
Principios
Una perforadora hidráulica consta básicamente de los mismos elementos constructivos que una
neumática.
La diferencia más importante entre ambos sistemas
está en 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.
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Perforación rotopercutiva
Perforación hidráulica
1. PISTÓN DE AMORTIGUACIÓN. Presiona el adaptador/sarta de varillaje/boca /contra la roca para que las
barras estén apretados entre percusiones.
2. CÁMARA DE AMORTIGUACIÓN. Las ondas reflejadas de la roca son absorbidas y convertidas en calor que
es absorbido por el sistema hidráulico.
3. PISTÓN DE IMPACTO. Con el mismo área de la sección transversal que el varillaje para transmitir energía
con la máxima eficiencia.
4. ADAPTADOR. Exactamente adaptado al pistón de impacto para transmitir energía con la máxima
eficiencia.
5. MOTOR
DE ROTACIÓN.
Reversible. Más de 200 Nm.
6. CÁMARA DE BARRIDO. Con una presión de barrido de más de 10 bar.
7. JUNTA DE SELLADO. Para prevenir el retroceso del martillo.
Perforación rotopercutiva
Perforación hidráulica
COP
1038 HD
COP
1238 ME
COP
1440
COP
1838 ME
COP
1838 HF
COP
3038
1973
1983
1985
1990
2000
2004
Potencia de
impacto (kW)
12
12
21
18
22
30
Frecuencia de
impacto (Hz)
42-60
40-60
70
90
73
102
TIPO
Año
12
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Perforación rotopercutiva /
Perforación hidráulica
Características típicas
Presión de trabajo:
7,5 a 25 MPa
Frecuencia de golpeo:
2.000 – 5.000 golpes/min
Velocidad de rotación:
0 - 500 r/min
Consumo relativo de aire:
0,6 – 0,9 (m3/min)·cm diámetro
Ventajas
Menor consumo de energía: la utilización de la energía es más eficiente, siendo necesario
sólo 1/3 de la que se consume con los equipos neumáticos.
Menor coste de accesorios de perforación: 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%
mayores que los equipos neumáticos.
Perforación rotopercutiva
Perforación hidráulica
Ventajas
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.
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.
Inconvenientes
Mayor inversión inicial
Reparaciones más complejas y costosas que en las perforadoras neumáticas,
requiriéndose una mejor organización y formación de personal de mantenimiento.
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