ROTOPALAS I

Título:	EQUIPOS MOVILES
Subtítulo	ROTOPALAS I
Fecha de realización:	10/11/2017
Grupo:	DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
Tema:	MAQUINAS MINERAS
Código:	DIS-MIN-EMO-09-01

INDICE

1 EQUIPOS DE ARRANQUE SIN ACARREO.
1.1 ROTOPALAS O MÁQUINAS DE ARRANQUE POR RODETES.
1.2 TIPOS DE UNIDADES.
1.3 CARACTERÍSTICAS GENERALES.
2 BIBLIOGRAFIA

	Fecha	Autor	Observaciones
	10/11/2017	Ing. Juan Carlos Miranda Rios	Documento Base
Rev.01
Rev.02

EQUIPOS MOVILES 

1 EQUIPOS DE ARRANQUE SIN ACARREO 

1.1 ROTOPALAS O MAQUINAS DE ARRANQUE POR RODETES 

Las rotopalas o excavadoras de rodete (Bucket Wheel Excavator BWE), son unos equipos dotados de un dispositivo circular de tipo noria, cuyos cangilones realizan las funciones de arranque y carga. El material fragmentado se vierte sobre un sistema de tolvas y cintas que los transporta a su destino final. 

La operación de arranque se realiza por la acción de corte de cada uno de los cangilones a través de los dientes o de los labios de la cuba del rodete en el curso de su movimiento circular ascendente o descendente apoyándolo en el frente de trabajo. Una vez que el cangilón alcanza la cota superior del rodete o de la terraza, se realiza automáticamente la descarga sobre una tolva-cinta transportadora paralela al mismo, hasta el eje de giro de la rotopala, transfiriéndose a continuación sobre un sistema de cintas intermedias o directamente sobre un carro tolva o sistema general de transporte y vertido. La fuente de energía primaria es eléctrica, aunque recientemente, y en algunos de los modelos de capacidad pequeña y media, puede ser también Diesel y con los accionamientos secundarios hidráulicos.

 

Las ventajas de utilización de las rotopalas como unidades de arranque y carga son las siguientes: 

• Para una producción dada, las rotopalas son más pequeñas que las dragalinas o las excavadoras. 
• Son máquinas de excavación continua, no cíclica. 
• Tienen un consumo de energía menor, del 60 al 70% del de las excavadoras de cables, por unidad producida. 
• No generan impactos durante la carga. 
• Poseen un radio de vertido grande. 
• Pueden operar por encima o por debajo del nivel de orugas o apoyo. 
• El material excavado puede ser descargado sobre una gran variedad de sistemas: camiones, vagones o cintas transportadoras.
• Pueden trabajar con bancos de diferente altura. 
• Proporcionan un material excavado de pequeño tamaño, lo que facilita su transporte con cintas. 
• Pueden diseñarse con una baja presión específica sobre el terreno, siendo adecuadas en suelos de baja capacidad portante y con malas condiciones meteorológicas. 
• El sistema de trabajo proporciona taludes muy estables y bancos anchos. 
• Permiten una gran selectividad en la excavación. 
• Pueden entregar el material por encima y por debajo del banco de trabajo. 
• Tienen un contrapeso pequeño. 

Por el contrario, los inconvenientes de estas máquinas son:

• Requieren un mantenimiento amplio y complejo. 
• Configuran sistemas poco flexibles debido a su poca movilidad. Su utilización se ve muy afectada por los cambios geométricos y tectónicos del yacimiento. 
• No pueden excavar materiales compactos y abrasivos. 
• Constituyen sistemas en los que existe una fuerte dependencia entre la disponibilidad global y el número de elementos en serie que los integran. 
• Son equipos que requieren unas inversiones muy elevadas. 

A modo de referencia, La rotopala gigante sobre ruedas ThyssenKrupp Bagger 288 es la más grande del mundo. Especialmente diseñada para la minería de explotación a cielo abierto, pesa 12.840 toneladas. Posee una altura de excavación de 100 metros, y puede excavar diariamente 240.000 metros cúbicos, el equivalente a un campo de fútbol de 30 metros de profundidad. 

Con una altura de casi 100 metros, y con una longitud de dos campos y medio de fútbol, es tan grande que debe ser operada por cinco operarios. La mayor distancia que puede recorrer en un minuto es de únicamente 10 metros. O lo que es lo mismo: se desplaza a un máximo de 0,6 Km/h. Eso no le impide subir pendientes de hasta 1:18. 

El cabezal de la rotopala tiene un diámetro de 21,6 metros y cuenta con 18 cubetas con una capacidad de hasta 6,6 metros cúbicos cada una. Cuando se encuentra en funcionamiento debe ser alimentado por una fuente externa que pueda suministrarle una potencia de 16,56 MW. 

1.2 TIPOS DE UNIDADES

En la actualidad, la capacidad teórica de una rotopala varias desde unos 400 m3/h hasta los 10.000 m3/h, por lo cual no es posible cubrir este amplio rango de capacidades con un solo tipo de excavador. En consecuencia, se diferencian los mismos en los siguientes tipos:

• Compactas. 
• Semicompactas. 
• Convencionales. 

La clasificación de estas rotopalas se hace en función de la relación: 

Teniendo cada una de esas clases de máquinas los siguientes valores medios: 

La longitud del brazo determina la anchura y altura del bloque a excavar, mientras que el diámetro del rodete es el que fija la capacidad de producción. 

Las ventajas de las excavadoras compactas son:

• Menor Inversión, del orden de un 20% menor que en las rotopalas convencionales. 
• Menor peso y mayor estabilidad, consiguiéndose mayor segundad en la operación. 
• Menor tiempo de entrega a partir del pedido. 

Por el contrario, los inconvenientes que plantean son:

• Las excavadoras compactas se construyen con dos orugas, por lo que tienen una limitación en el peso debido a los esfuerzos que se transmiten al rodaje, de ahí que el tamaño máximo actual sea de 1.600 t con una producción de unos 7.500 m3/h. 
• El menor brazo del rodete se traduce en una menor eficiencia de la operación, especialmente cuando se realiza arranque selectivo. 

El factor de eficiencia se define por: 

Siendo: 

Este coeficiente toma los valores medios de la siguiente tabla, para cada uno de los tipos de rotopala. 

En la tabla siguiente se establece el campo de utilización de las distintas rotopalas, según el tipo de trabajo y la producción teórica de diseño. 

1.3 CARACTERISTICAS GENERALES 

El desarrollo de las rotopalas durante los pasados años, fue principalmente motivado por los requerimientos de los clientes, los cuales necesitaban requerimientos especiales para sus aplicaciones.

• Maquinas que sean capaces de escavar material duro. 
• Maquinas que sean capaces de escavar costuras delgadas o capas de material seleccionado. 
• Maquinas que sean capaces de escavar capas o costuras inclinadas. 
• Maquinas con un mínimo de requerimiento de mantenimiento. 
• Maquinas que sean capaces de operar automáticamente, es decir, sin la necesidad de un operador. 

Pero la mayor tarea de los pasados años fue el desarrollo de un maquina rotopala el cual sea capaz de escavar en materiales semiduros como arenisca compacta, caliza y yacimientos de carbón duro. En particular, la generalización de los sistemas hidráulicos ha hecho posible tanto la construc­ción de máquinas más potentes y capaces, como la extracción de materiales cada vez más duros. Sin embargo, su campo de acción queda limitado a los materiales relativamente blandos y friables. 

A este tipo de maquinaria se le reprocha el inconveniente de la falta de agilidad, pero queda compensada con las ventajas de tipo económico. 

La excavación ejecutada de forma continua proporciona el máximo rendimiento con un esfuerzo mínimo, y el útil de excavación está actuando constantemente; mientras que en una excavación discontinua el útil (cuchara en el caso de pala mecánica y cubeta en caso de dragalina) debe asegurar además, hasta el lugar de evacuación, el transporte de los materiales excavados en el frente de ataque. 

Salvando todas las proporciones, y comparativamente a los rendimientos de diferentes máqui­nas, es evidente la economía de energía a favor de las rotopalas, que podemos cifrar en un 20 %. 

Una rotopala, en general comprende los siguientes sistemas constitutivos:

1. Infraestructura sobre orugas. 
2. Superestructura orientable con brazo portador de la rueda, regulable en el plano vertical, así como el brazo del contrapeso. 
3. Flecha de rechazo con el dispositivo de evacuación de tierras. 

El brazo porta-rueda es orientable y puede ser elevado o abatido, lo que determina la altura del corte del terreno a excavar. 

El mecanismo de traslación sobre orugas está unido por tres puntos a la infraestructura. 

Si las condiciones del terreno son desfavorables, la suspensión de este tipo se opone a la trans­misión de esfuerzos anormales sobre una de las orugas o sobre la infraestructura. 

Por esta razón los rodillos de arrastre de los mecanismos de traslación y. en el caso de que éstos sean de orugas múltiples, las orugas están equilibradas conectadas una con otra. 

Las máquinas más importantes admiten de 6 a 12 cadenas. 

Los eslabones o tejas de las orugas están adaptados a las condiciones del suelo, con presión específica media ampliamente calculada (1.2 a 1.3 kp/cm2) para la traslación. Esta carga, relativamente débil para el suelo, justifica las importantes dimensiones de los meca­nismos de traslación, que pueden alcanzar hasta el 30 % del peso total de la máquina. 

Cuando el brazo porta-rueda deba tener un avance longitudinal, se construye de tipo telescópico. 

El brazo de descarga es igualmente orientable y regulable en altura, para poder asegurar, en cualquier posición de la máquina, el vertido de tierras o materiales sobre las cintas transpor­tadoras. vagones y otros vehículos. 

Los movimientos de orientación del brazo portador de la rueda y del brazo de descarga son in­dependientes. 

Si la producción horaria alcanza un valor elevado, el dispositivo de descarga se instala sobre un carro autónomo de carga, que se desplaza sobre orugas. 

La unión entre la excavadora y el carro, cuyo papel recuerda más o menos el de una tolva, se halla asegurada por una cinta transportadora sobre pórtico, el cual puede deslizar sobre corre­deras para facilitar, dentro de amplios márgenes, el desplazamiento independiente de los dos ele­mentos. 

La excavadora puede trabajar en pendiente o en zanja. 

La profundidad del trabajo en zanja puede representar el 50 % de la altura de avance en pen­diente. 

El abatimiento del brazo porta-rueda, bajo el nivel del suelo sobre el que apoya la excavadora, ha sido posible gracias a un dispositivo complementario, el cual permite alcanzar pendientes de 35° a 40° de inclinación con la horizontal. 

En lo que respecta al funcionamiento de la máquina, la elección de la velocidad de giro de la rueda es función de la naturaleza y compacidad de los materiales a excavar. 

Cuando estos últimos son duros, la velocidad de giro será elevada, lo cual viene en detrimento eventual del rendimiento máximo teórico o admisible. 

Doblando la velocidad, y suponiendo constante el espesor del terreno que toma cada cangilón, el rendimiento queda sensiblemente reducido, lo que significa descenso del rendimiento de corte por cada vuelta de la rueda. 

Podemos deducir, pues, que cuando se trate de excavar materiales duros no es necesario dar a la rueda dimensiones y potencia excesivas. 

En razón de su gran velocidad, la rueda actúa más bien como una fresa. 

La forma de la cuchara y el ángulo de ataque del filo presentan una gran importancia desde el punto de vista del esfuerzo de corte y facilidad de vertido (evitando la colmatación de las cha­pas), respectivamente. 

En consecuencia, la forma queda determinada por el tipo de material a excavar. Se buscan for­mas redondeadas, con objeto de evitar la adherencia de los materiales arcillosos. 

Los cangilones pueden llevar una cinta de refuerzo con borde cortante o tener elementos de corte fijos en las cucharas para facilitar la penetración y el corte de la arcilla. 

El desgaste mínimo de los cangilones se obtiene cuando la sección del corte en el terreno es cuadrada; no obstante, cuando el material es resistente, el esfuerzo de corte puede disminuir, dando pequeñas pasadas, en las cuales los elementos de corte disgregan el terreno antes de que el borde del cangilón penetre en la masa para llenarse. 

El vertido de los materiales sobre la cinta necesita ciertas precauciones para prevenir su dete­rioro. 

El primer impacto lo recibe una superficie intermedia, y la cinta en este punto va soportada por rodillos amortiguadores muy próximos y revestidos de caucho ligero. 

De esta forma quedan disminuidos los efectos de impacto de los materiales que caen continua­mente sobre la cinta. 

Cuando se prestan las condiciones del yacimiento, y en particular cuando es necesario rechazar las capas estériles, a más de 100 m, la elección no admite dudas, sobre todo si hay grandes al­turas de terreno a atacar y a desplazar. 

Debido a su gran movilidad, varias excavadoras de rueda de cangilones, se utilizan como medios auxiliares en las explotaciones a cielo abierto, para la construcción de carreteras, para la excavación de zanjas, o para trabajos de mejora del suelo, dando resultados satisfactorios. 

2 BIBLIOGRAFIA

• Manual de Arranque, Carga y Transporte en Mineria a Cielo Abierto – Instituto Tecnológico Geominero de España. 
• https://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/15722627/5-Maquinas-gigantes-Maravillas-de-la-ingenieria.html
• Informes de la Construcción Vol. 25, n° 247 Enero - febrero de 1973 - Las excavadoras de rueda de cangilones en grandes movimientos de tierra - G. VIÉ, Ingeniero de Minas

Enlace de Descarga del Documento en formato PDF.

http://yabuilder.com/6U3D