PERFORACION

EN TÉRMINOS GENERALES LOS MÉTODOS DE PERFORACIÓN SE PUEDEN CLASIFICAR EN LOS SIGUIENTES:

- Perforación por percusión y rotación

- Perforación rotativa por corte o rebanamiento

-Perforación por trituración

-- Perforación abrasiva

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Es el más básico y antiguo en su género, pues se empezó a usar hace miles de años mediante el uso de golpes de herramientas de piedras. Luego, con el descubrimiento y aprovechamiento de los metales, fue perfeccionándose mediante la creación de herramientas cada vez más depuradas, como el antiguo gran martillo de acero para perforar pozos de agua y petróleo (Método Shank), llegando a los útiles de aceros especiales que se emplean actualmente, como las brocas con insertos de metal duro, barras, coplas culatines y martillo DTH. Estos, en conjunto con perforadoras neumáticas e hidráulicas, accionando desde la superficie y dentro del pozo. Su aplicación es en todo tipo de rocas, especialmente rocas de durezas medias, duras, muy duras y abrasivas, como granito, andesitas, magnétitas, hematitas, etc.

Perforación por percusión y rotación

- PERFORACIÓN ROTATIVA POR CORTE O REBANAMIENTO

Consiste en el uso de brocas helicoidales con cuchillos de cortes frontales que van rebanando el material desde el fondo del hoyo y evacuando los detritos mediante el uso de barras también helicoidales.Su aplicación es sólo en rocas muy blandas y blandas, como arcillas, areniscas, pizarras, etc.

- PERFORACIÓN POR TRITURACIÓN

Consiste en el uso de grandes, poderosos y pesados equipos de perforación rotativa que actúan mediante la aplicación de fuerte empuje sobre una broca rotativa, la que normalmente está provista de tres conos con insertos de carburo de tungsteno. Cada cono gira en torno a su eje y los insertos penetran la superficie de roca, produciendo la fracturación y desmembramiento en partículas pequeñas que van siendo evacuadas comúnmente por aire comprimido. Este método es el más utilizado en la perforación de pozos de petróleo y explotación minera a cielo abierto en grandes yacimientos. Su aplicación es en todo tipo de rocas y en general para remover grandes volúmenes de material. El rango de diámetros de uso más difundido va de 5,25” a 18”.

CONSISTE EN EL USO DE EQUIPOS ROTATIVOS CON BROCAS CILÍNDRICAS CUYA SUPERFICIE DE ATAQUE ESTÁ PROVISTA DE INSERTOS DE DIAMANTES O LLEVAN UNA IMPREGNACIÓN DE ESTE MATERIAL. SU PROPÓSITO ES PERFORAR LA ROCA MEDIANTE ABRASIÓN O ALTA FRICCIÓN.SU APLICACIÓN PRINCIPAL ES PARA OBTENER TESTIGOS EN SONDAJE DE TERRENOS PARA EL POSTERIOR ANÁLISIS DE LAS MUESTRAS.

- Perforación abrasiva

PERFORACIÓN ROTOPERCUTIVA

Hoy en día la perforación de roca es una actividad muy difundida y necesaria para la extracción de los minerales de la tierra, construcción de carreteras, túneles, vías de acceso, puentes, fundaciones para la construcción de edificios, pozos de agua, etc.Para cada propósito existen métodos de perforación específicos y apropiados a los requerimientos que se precisen, a la inversión, velocidad de realización, calidad del terreno, condiciones ambientales, etc.

¿Cuál es el principio de operación deestos equipos?

Básicamente laperforación se basaen el impacto deuna pieza de acero(pistón), quetransmite la energíaa la roca por mediode un elementofinal (broca o bit).

En estas perforadorasdos de las accionesbásicas, rotación ypercusión, se producenfuera del barreno,transmitiéndose estasacciones a través delvarillaje hasta la broca obit. Estas perforadoraspueden ser deaccionamiento neumáticoo hidráulico.

Clasificación equipos rotopercutivosMartillo en Cabeza (Top Hammer)

MARTILLO EN FONDO:

La percusión se realizadirectamente sobre labroca, mientras que larotación se efectúa en elexterior.El accionamiento delpistón se lleva a caboneumáticamente,mientras que la rotaciónpuede ser neumática ohidráulica.

Clasificación equipos rotopercutivos Down the Hole (D.T.H.)

Pregunta. ¿Martillo en fondo o Martillo en Cabeza)

Importante es Saber su Campo deAplicación

Diámetro d e Perforación (mm) Cielo Abierto Subterráneo

Tipo de Perforadora

Martillo en Cabeza 50-127 38-65 Martillo en fondo 75-200 100-165

Las ventajas principales que representa la perforación rotopercutivason:

· Aplicable a todos los tipos de roca, desde blandas a duras.· La gama de diámetros de perforación es amplia.· Los equipos son versátiles, pues se adaptan bien a diferentestrabajos y tienen una gran movilidad.· Necesitan de un solo hombre para su manejo y operación.· Mantenimiento fácil y rápido.

Por lo tanto, su campo de aplicación es :- Obras civiles subterrâneas: túneles , cavernas de centraleshidráulicas, carreteras, etc.- Minas subterráneas principalmente y explotaciones a cielo abierto(mediana y gran minería ).

Fundamentos de la PerforaciónRotopercutiva

PERCUSIÓN: La energía mecánica utilizada por este métodode perforación es Energía Cinética, que se transmite desdeel pistón hacia la broca en forma de onda de choque.Cuando la onda de choque alcanza la broca, una parte de laenergía se transforma en trabajo haciendo penetrar labroca y el resto se refleja y retrocede a través del varillaje.

IMPORTANTE (martillo en Cabeza)•Pérdida de Energía en unión de barras(8% a 10%)• Onda de Choque que llega a la broca,parte se refleja

ROTACIÓN:

La rotación hace girar la broca entre impactossucesivos, tiene como misión hacer que ésta actúe sobrepuntos distintos de la roca en el fondo de la perforación.En cada tipo de roca existe una velocidad óptima de rotaciónpara la cual se producen los detritos de mayor tamaño alaprovechar la superficie libre del hueco que se crea encada impacto.

IMPORTANTE•Existencia de diferentes tipos de Brocas

o Bit (pastilla y botones)

Broca de Perforación o Bit

Fundamentos de la PerforaciónRotopercutivaEMPUJE: Con el fin de asegurar una buena transmisión de laenergía a la roca, la broca o bit debe estar en contactopermanente; esto se consigue con la fuerza de empujesuministrada por un motor o cilindro de avance, que debeadecuarse al tipo de roca y bit.

IMPORTANTE•Empuje Insuficiente baja la velocidad depenetración, produce mayor desgaste•Empuje excesivo baja la velocidad depenetración, dificulta desenroscado debarras y aumenta desviación de tiros

BARRIDO:

Para que la perforación resulte eficaz, es necesarioque el fondo de la perforación se mantengaconstantemente limpio evacuando el detrito justo despuésde su formación. Si esto no se realiza, se consumirá unagran cantidad de energía en la trituración de esaspartículas traduciéndose en desgastes y pérdidas derendimientos, además del riesgo de atascos.

IMPORTANTE•El barrido con aire se utiliza en trabajos a cielo abierto,donde el polvo producido puede eliminarse por medio decaptadores. El barrido con agua es el sistema másutilizado en perforación subterránea que sirve ademáspara suprimir el polvo•Las partículas se evacuan por el espacio anularcomprendido entre las barras y la pared de la perforación•Importancia del detritus como material de taco

Perforación con Martillo en CabezaTop Hammer DrillingSistema mas clásico o convencional, cuyo empleo se vio limitado por la

perforación DTH y Rotativa, pero con el uso de energía hidráulica, tiene amplias aplicacionesPerforadora s NeumáticasEn este tipo de perforadoras, el martillo es accionado por aire comprimido, las partes principales de este sistema son:

•Cilindro cerrado con una tapa delantera que dispone de una abertura axial donde va colocado el elemento porta barras , así como un dispositivo retenedor de barras de perforación .

• El pistón que con su movimiento alternativo golpea el vástago o culatín a través del cual se transmite la onda de choque a las barra s .

•· La válvula que regula el paso del aire comprimido en volumen fijado y de forma alternativa a la parte anterior y posterior del pistón .

•· Un mecanism o de rotac ió n , de barra estriada o ro ta c ió n independiente .

•· El sistema de barrido que consiste en un tubo que permite el paso del aire hasta el• interior de las barras .

Perforación NeumáticaCaracterísticas y VentajasCaracterísticas típicas de estos equipos.Relación Ø pistón/Ø de perforación 15-1.7Carrera del pistón 35-95 mmFrecuencia de golpeo 1500-3400 golpes/minVelocidad de rotación 40-400 RPMConsumo relativo de aire 2.1-2.8 (m3/min. Cm Ø

Perforación HidráulicaPrincipios

Una perforadora hidráulica consta básicamente de losmismos elementos constructivos que una neumáticaLa diferencia más importante entre ambos sistemas estareferido a la utilización de un motor que actúa sobre un

grupo de bombas que suministran un caudal deaceite que acciona las componentes de rotación ymovimiento alternativo del pistón.

Ventajas:Gran simplicidadFiabilidad y bajo mantenimientoFacilidad de reparaciónPrecios de adquisición bajosAcceso a lugares de trabajo difíciles

LimitacionesLongitudes de perf. Limitadas(entre 3 y 15 m)Alto consumo de aire comprimidoDesgaste por onda de choque en sarta

Perforación HidráulicaCaracterísticas y Ventajas

Características típicas de estos equipos.

Presión de Trabajo 7.5 a 25 MPaFrecuencia de golpeo 2000-5000 golpes/minVelocidad de rotación 0 a 500 RPMConsumo relativo de aire 0.6-0.9 (m3/min. cm/diam)

Ventajas

Menor consumo de energía: Las perforadoras hidráulicas trabajan con fluidos a presiones muy superiores a las accionadas neumáticamente y además, las caídas de presión son mucho menores. Por lo tanto, la utilización de la energía es más eficiente, siendo necesario sólo 1/3 de la que se consume con los equipos neumáticos.

Menor costo de accesorios de perforación: La forma de la onda de choque es mucho más uniforme en los martillos hidráulicos que en los neumáticos, donde se producen niveles de tensión muy elevados que son el origen de la fatiga sobre el acero y de una serie de ondas secundarias de bajo contenido energético. En la práctica, se ha comprobado que la vida útil de la sarta se incrementa en un 20% para perforadoras hidráulicas.

Perforación HidráulicaVentajasMayor capacidad de perforación: Debido a la mejor transmisión deenergía de la onda, las velocidades de penetración de lasperforadoras hidráulicas son de un 50% a un 100% mayores quelos equipos neumáticos.

Mejores condiciones ambientales: Los niveles de ruido en unaperforadora hidráulica son sensiblemente menores a los generadospor una neumática, debido a la ausencia del escape de aire.Además, la hidráulica ha permitido un mejor diseño de los equipos,haciendo que las condiciones generales de trabajo y seguridadsean mucho más favorables.

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 anti atasque, paralelismo automático,etc.

Perforación HidráulicaLimitaciones

Mayor inversión inicial

• Reparaciones más complejas y costosas que en lasperforadoras neumáticas, requiriéndose una mejororganización y formación de personal demantenimiento.

¿Cuál seleccionaría Usted??

Parámetro Importante (Costo/metro)

En concreto y como todas las cosasDEPENDE……

Consideraciones

• Económicas: La hidráulica tiene “en general” menorcosto/metro que la neumática

• Operacionales: La hidráulica tiene mayor rendimiento y se puede automatizar mejor que la neumática

• Seguridad – Ambientales: La hidráulica es más segura ya que en general se puede operar a distancia y con comandos, emitemenos ruido.

• Inversión y Mantención: La hidráulica es mas costosa y demantención mas compleja

Lo importante: Considerar el tipo de trabajo, la seguridad y las lucas!!