ROTOPALAS IV

Título:	EQUIPOS MOVILES
Subtítulo	ROTOPALAS IV
Fecha de realización:	10/11/2017
Grupo:	DISEÑO Y SELECCION DE MAQUINAS
Tema:	MAQUINAS MINERAS
Código:	DIS-MIN-EMO-09-04

INDICE

1 EQUIPOS DE ARRANQUE SIN ACARREO.
1.1 FORMAS DE OPERACION.
1.2 VARIANTES DE EXCAVACION.
1.3 SISTEMAS DE TRABAJO.
1.3.1 EXCAVACIÓN EN BLOQUE LLENO.
1.3.2 EXCAVACIÓN EN FRENTE LARGO.
1.3.3 EXCAVACIÓN EN BLOQUE LATERAL.
1.3.4 EXCAVACIÓN BAJO NIVEL DE ORUGAS.
1.4 APLICACIONES.
1.4.1 MÉTODO DE TERRAZAS CON EXCAVACIÓN EN ESCALONES.
1.4.2 MÉTODO DE TERRAZAS POR BLOQUES PARALELOS.
1.4.3 MÉTODO DE DESCUBIERTA CON VERTIDO DIRECTO.
1.4.4 MÉTODO DE DESCUBIERTA CON CINTA PUENTE O APILADOR DE BRAZO LARGO.
1.4.5 MÉTODO MIXTO.
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 FORMAS DE OPERACION 

La forma de operar de una rotopala se basa en la combinación de dos movimientos: la rotación del rodete y el giro del brazo que sustenta al mismo. La huella que se produce en el frente de excavación es similar a una curva helicoidal cuyo diámetro es igual al diámetro del rodete. El corte de espesor “t” sólo se produce cuando el ángulo "a" es igual a 90°, es decir, cuando el brazo del rodete es perpendicular al frente de trabajo y el corte tiene una altura igual al radio del rodete, ver figura: 

Para estas condiciones, la producción estará determinada por la cantidad de material que extrae la rotopala definida por el área Ao y corresponde a la producción máxima que puede ofrecer la máquina, misma que puede ser determinada de forma geométrica, sustrayendo del área de un círculo el área de una elipse, y el resultado dividirlo entre 4, entonces: 

Donde: 

Pero para el caso en que el eje de la rotopala se encontrase por debajo del frente superior de corte, es decir, cuando el ángulo "a" sea inferior a 90°, la producción se verá reducida debida a una disminución en el área de producción, en consecuencia, el área AI estará definida por la sección de color café de la figura izquierda: 

El valor de AI podemos calcularlo como la mitad del área correspondiente al segmento de una dona, entonces: 

Donde: 

Como la intención de toda empresa productiva, es sacarle el mayor provecho a una maquina determinada; al reducirse el ángulo de trabajo "a", también se reducirá la producción, por lo cual a fin de nivelar el rendimiento de la maquina a condiciones idóneas, es decir, cuando a = 90°, será necesario incrementar la velocidad de rotación. Este incremento puede ser determinado bajo el análisis cinemático siguiente. Primero, definimos la producción como: 

Pero el volumen (V) estará definido por el producto del área (A) y el avance en la excavación (B), entonces: 

Para estas condiciones, el tiempo estará determinado a través de la velocidad angular: 

Donde: 

En consecuencia: 

Relacionando para el caso cuando: a = 90° = p/2 y para un ángulo a cualquiera, tendremos: 

Igualando la producción para ambas condiciones: 

Reemplazando las ecuaciones (1) y (2) en (3): 

Resolviendo: 

Para determinar la relación entre t y e, tomaremos como referencia la longitud de arco para cada ángulo, los cuales desarrollaremos sobre una superficie horizontal, tal como se muestra a continuación: 

Aplicando relaciones entre triángulos rectángulos: 

Pero, las longitudes de arco estarán definidas por: 

Resolviendo y reemplazando: 

Por consecuencia, resolviendo (4) y (5): 

Por lo tanto, si se quiere mantener la producción de la máquina, cuando la rotopala trabaja a un ángulo a inferior a 90°, debe producirse un aumento de la velocidad de giro definido por la ecuación (6). 

Si por ejemplo a tuviere un ángulo de 75° (1.309 rad.), reemplazando valores en la ecuación (6), obtenemos el siguiente resultado: 1.2. Lo cual significa que para nivelar la producción a condiciones óptimas, la velocidad de giro debe ser 1.2 veces mayor. 

1.2 VARIANTES DE EXCAVACION 

La rotopala puede excavar de dos formas: en terrazas y en cortes descendentes. 

En la excavación por terrazas, el rodete avanza un paso en cada inversión de giro del brazo, hasta el límite permitido por el brazo y las orugas a la misma altura. Una vez concluida la terraza, el rodete retrocede, desciende y comienza la terraza siguiente. 

En el corte descendente, el rodete baja en cada inversión de giro del brazo. Acabado el corte se iza el rodete, se avanza y se comienza el nuevo corte. 

La elección del sistema de excavación depende de las características geomecánicas de los materiales y de la necesidad de realizar los arranques selectivos. En este último caso, se puede utilizar una forma de excavación mixta. 

1.3 SISTEMAS DE TRABAJO 

Los métodos de trabajo principales son: excavación en bloque lleno, excavación en frente largo, excavación en bloque lateral y excavación bajo nivel de orugas. 

1.3.1 EXCAVACION EN BLOQUE LLENO 

Es el sistema más utilizado en la actualidad, debido a la gran movilidad de que disponen las excavadoras sobre orugas. 

La rotopala puede trabajar en terrazas o por corte descendente con un ángulo del brazo del rodete en relación al talud que va disminuyendo a medida que progresa la excavación hacia abajo. 

La anchura del bloque se dimensiona de forma que el brazo del rodete forme un ángulo de 80° con relación al nuevo talud y de 45° a 50° con relación al antiguo. 

Cuando se trabaja en terrazas la altura de las mismas depende del diámetro del rodete, de forma que se cumple: 

Siendo: 

El vertido puede realizarse sobre cinta, ferrocarril, volquete, cinta puente o apilador, siendo los más frecuentes el primer y el último sistema. 

Este método de operación presenta los siguientes inconvenientes:

• Es necesario variar la velocidad de giro del brazo del rodete para mantener la producción, como ya se ha indicado. 
• Hay que comprobar los ángulos libres del extremo del rodete con el accionamiento, ya que pueden limitar las posibilidades de giro de la rotopala. 

1.3.2 EXCAVACION EN FRENTE LARGO 

Se realiza manteniendo el brazo del rodete en dirección perpendicular a la dirección del circuito de transporte, desplazándose la máquina paralelamente al frente. 

En este sistema de excavación el tren de orugas es el componente que opera con mayor intensidad, siendo frecuente que este tipo de rotopalas se desplace sobre vías. 

Con máquinas de brazo extensible se puede conseguir la excavación en terrazas, haciendo posible el arranque selectivo de materiales. 

La aplicación de este sistema de operación exige que el banco de trabajo presente una buena estabilidad. 

1.3.3 EXCAVACION EN BLOQUE LATERAL 

La rotopala lleva sus orugas entre el pie del talud y el circuito de transporte, de igual forma que en la excavación en frente largo, realizando el arranque con el sistema en bloque lleno, es decir, girando el brazo del rodete. 

Se utiliza para la extracción de suelos o ma­teriales superficiales de poca estabilidad, requirien­do una frecuencia de traslación intermedia entre los dos sistemas anteriores y exigiendo un brazo de rodete largo y con posibilidad de alargarse más. 

Este sistema es el más empleado en Estados Unidos en las explotaciones de carbón bituminoso. 

1.3.4 EXCAVACION BAJO NIVEL DE ORUGAS 

Este sistema de excavación permite aumentar la altura de banco para una posición del tren de orugas. 

La altura del banco inferior es menor que la que consigue la misma excavadora en el banco superior, estando normalmente en una relación 1 a 3. 

La excavación bajo el nivel de orugas puede hacerse manteniendo o cambiando el sentido de giro del rodete: 

• Con igual sentido de giro se necesita un brazo de rodete largo y se reduce la anchura de banco. 
• Cambiando el sentido de giro se aumentan las posibilidades, existiendo sólo la limitación que se impone por el ángulo máximo posible de la cinta del brazo de carga. 

El cambio del sentido de giro del rodete solo es posible con diseños de éste no celulares. 

1.4 APLICACIONES

Las aplicaciones principales de las rotopalas son las siguientes: 

1. Minería 
1. Excavación del recubrimiento, con vertido directo, en todo el espesor, hasta dejar el mineral al descubierto. 
2. Arranque del recubrimiento con vertido directo de los materiales poco consolidados más superficiales, dejando al descubierto las rocas competentes, que serán extraídas por dragalinas, excavadoras de cables, etc. 
3. Excavación del recubrimiento con vertido a una cinta puente "Cross Pit Conveyor - CPC", o a la cinta transportadora perimetral, “Around Pit Conveyor- APC". 
4. Extracción del mineral cuando éste es poco resistente: lignito, bauxita, fosfato, etc. 
5. Retirada de la tierra vegetal con unidades pequeñas para su recolocación en la parte superior de la escombrera con vistas a conseguir una buena recuperación de los terrenos.
2. Obras Públicas 
1. Ejecución de grandes movimientos de tierra en obras lineales, tales como canales y autopistas. 

Los métodos de explotación en los que pueden utilizarse rotopalas son fundamentalmente dos: descubiertas y terrazas, y su elección depende de la estructura del yacimiento, recubrimiento de estéril, diseño de la explotación, etc. 

En los epígrafes siguientes se describen los más importantes. 

1.4.1 METODO DE TERRAZAS CON ESCAVACION EN ESCALONES 

Con este método se puede incrementar la altura de banco, cuando no existen problemas de estabilidad y, de esta forma, mantener el circuito de transporte más estable. Los procedimientos operativos pueden ser los siguientes:

• Con dos pasadas al frente a distinto nivel. 
• Con una pasada por detrás de la cinta del tajo, con la rotopala en el nivel inferior. 
• Con una nueva pasada, desde la posición anterior, bajo el nivel de orugas. 

1.4.2 METODO DE TERRAZAS POR BLOQUES PARALELOS 

En este método las rotopalas dan una pasada en avance y otra en retroceso, ambas de igual anchura. 

Los ripados de las cintas de tajo son paralelos, consiguiéndose mejores rendimientos que con otros tipos, como son los polares o mixtos. 

Si se cuenta dentro del sistema con un carro-cinta, las posibilidades de explotación aumentan al no precisarse un número tan elevado de ripados de las cintas de tajo. 

Una variante del método anterior es la constituida por dos rotopalas, situadas a distinto nivel, con sus brazos respectivos descargando sobre un mismo circuito de transporte. 

Por otro lado, con una sola máquina es posible excavar varios bloques paralelos, sin ripar la cinta de tajo, si la rotopala dispone de un puente de descarga de longitud suficiente. 

El esquema en planta de estos métodos de bloques paralelos con vertido de los estériles dentro del propio hueco y transporte perimetral del material se representa en la siguiente figura. 

1.4.3 METODO DE DESCUBIERTA CON VERTIDO DIRECTO 

Consiste en el empleo de equipos que disponen de un brazo de descarga de grandes dimensiones, capaz de realizar el vertido a gran altura y distancia del frente de excavación. 

1.4.4 METODO DE DESCUBIERTA CON CINTA PUENTE O APILADOR DE BRAZO LARGO 

Es similar al método anterior, pero el transporte del escombro se efectúa por encima del tajo de extracción del mineral. Se aplica cuando la potencia del estéril de recubrimiento es importante y su vertido directo no es posible realizarlo por la propia rotopala, al no disponer de alcance suficiente. 

1.4.5 METODO MIXTO 

Existen múltiples combinaciones de equipos mineros con las rotopalas, que configuran los diferentes sistemas de explotación. En la figura puede verse el empleo de una rotopala con un circuito de cintas perimetral en el nivel superior, trabajando conjuntamente con una dragalina en el banco inferior. 

El método descrito se utiliza cuando los recubrimientos más superficiales no son compactos y de naturaleza abrasiva y permiten la excavación continua obteniendo elevados rendimientos. 

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 
• Métodos de Minería a Cielo Abierto – Juan Herrara Herbert – Universidad Politécnica de Madrid. 

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