Dimensionamiento de Flota Dimensionamiento de Flota. Gran Importancia por su incidencia en los costos. Se busca optimizar el manejo de recursos involucrados. Decisin en base a informacin del fabricante y la evaluacin comparativa.

PARMETROS CLAVES Envergadura del Proyecto (Vida til, Reservas). Programa de produccin (Plan minero). Plan de diseo (Malla de perforacin, Perfiles de transporte, altura de bancos, anchos

operacionales). Tecnologa disponible (Equipos y Maquinarias). Factores operacionales (Das de trabajo, Sistema de turnos, ndices operacionales). Costos estimados.

RESERVAS Determinando las Reservas Una vez identificado el yacimiento, se procede a determinar el volumen de mineral que se podra obtener del mismo. Reservas probadas. Volumen de mineral que se calcula usando como base los resultados obtenidos de los trabajos de muestreo y sondajes. Los estudios permiten establecer matemticamente la

geometra de la reserva, su volumen y la ley del mineral, por lo que se indica que se tiene certeza de su continuidad. Reservas probables. El costo de construir una mina y operarla ser justificable econmicamente, dada las caractersticas del yacimiento? El volumen de mineral que hemos identificado ser suficiente? Es decir, este volumen de mineral identificado como reserva tendr valor econmico? Planeamiento de Minado El Planeamiento de Minado es una actividad orientada al futuro, cuyo propsito fundamental es proyectar la vida de una mina a lo largo del tiempo; no solo en una direccin, si no buscando nuevos caminos y adaptando su existencia a la de los sistemas de los cuales vive. Por qu debe hacerse? Advierte al planificador que debe tener cuidado de no incluir actividades innecesarias para cumplir con el objetivo. Una planificacin eficiente debe satisfacer una necesidad tcnica, operacional o econmica mediante la combinacin de sus elementos. Consideraciones del Plan EQUIPO

Productividad de Equipos o Perforadoras o Palas Volquetes Trenes

Factores de carga MINA

Fragmentacin del Material Humedad del Material Pendiente en rampas Condiciones Climticas

GEOLGICAS Tipo de Material Work Index (ndice de trabajo) Presencia de agua Estabilidad de Taludes ndices Operacionales

Tiempo Cronolgico Horas Inhbiles (HI) Horas Hbiles (HH)

o Horas Mantencin (HMT)

o Horas Reserva (HRE) o Horas Operacin (HOP)

Horas Operacionales Efectivas (HEF) Horas de Prdida Operacional (HPE)

Indicadores Mecnicos

Movimientos de Tierras Se denomina movimiento de tierras al conjunto de operaciones que se realizan con los terrenos naturales, a fin de modificar las formas de la naturaleza o de aportar materiales tiles en obras pblicas, minera o industria.

PROPIEDAD DE LOS SUELOS MATERIALES Estos pueden ser Rocas, Tierra o mezcla de ambos Las caractersticas y propiedades de los materiales afectan directamente la produccin y el desempeo de las maquinas.

Granular (no cohesivo) Cohesivo

DENSIDAD Es el peso del material por unidad de volumen: kg/m3 Densidad en banco Es el peso del material en su estado natural: kg/m3 en banco Densidad del material suelto Es el peso del material fuera de su estado natural: kg/m3 suelto Volumen del Material Material in-situ despus de la tronadura aumenta de volumen. Este material puede ser compactado y disminuye el volumen y por ende aumenta su densidad. (Alcanzar la misma densidad que tenia in-situ es muy difcil) El Factor de Contraccin. Se calcula dividiendo la densidad del material compactado por la densidad del mismo In-situ. PROBLEMA

Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 400000 t de material (mineral y estril) desde el tajo.

Se pide dimensionar los equipos necesarios (palas, camiones y perforadoras) considerando los siguientes parmetros:

Se trabajan dos turnos por da de 12 horas cada uno. DETERMINAR Nmero de:

Perforadoras Camiones Palas Mecnicas

PERFORADORAS

Conceptos bsicos: PERFORACIN: En minera se entiende como la accin o acto que, a travs de medios mecnicos, tiene como finalidad construir un agujero o taladro. Para que esto se logre debe extraerse todo el material destruido dentro del agujero mediante la utilizacin de aire comprimido o agua. En este punto es donde se produce la diferencia entre lo que es la perforacin de exploracin y la de produccin. Tipos de Perforadoras: Martillos (Cabeza, fondo), Rotativo, Tricono, etc. VARIABLES DE PERFORACIN Las variables internas que intervienen en la perforacin son:

Empuje sobre la broca. Velocidad de rotacin. Desgaste de la broca. Dimetro del taladro. Caudal de aire para la evacuacin del detritus.

Las variables externas son las siguientes: Caractersticas resistentes de la formacin rocosa. Eficiencia del operador.

CRITERIO DE SELECCIN DE PERFORADORAS Tamao de la operacin (Produccin). Altura de banco. Fracturabilidad y Dureza de la roca (Desgaste de Broca) Densidad del material. Relacin de estril a mineral en el programa de remocin de materiales. Metraje de perforacin requerido, por da, por mes, por ao.

COSTO DE PERFORACIN CT=CA+CI+CM+CO+CE+CL+CB

Costos indirectos CA: amortizacin. Cl: intereses y seguros.

Costos directos CM: mantenimiento. CO: mano de obra. CE: energa. CL: engrase y lubricacin CB: broca, estabilizador y barra.

DIMENSIONAMIENTO DE FLOTA PERFORACIN OBJETIVOS:

Comprender a grandes rasgos como se dimensiona una flota de equipos de perforacin para una mina a cielo abierto.

Comprender como influyen las capacidades, disponibilidades, rendimientos en el nmero de equipos a utilizar.

PARMETROS Tonelaje por Taladro (ton)

Tt = B*E*H*dens Tonelaje por Metro Barrenado (ton/mb)

Tmb= Tt /(H+P) Metros Barrenados Requeridos por da (mb/da)

MBD = TPD / Tmb Rendimiento Equipo de Perforacin (mb/da)

R = VPteo*DF*UT*FO*24*f(roca) Nmero de Equipos Necesarios

N = MBD/R PROBLEMA Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 400000 ton de material (mineral y estril) desde el tajo. Se pide dimensionar los equipos necesarios (perforadoras) considerando los siguientes parmetros: Se trabajan dos turnos por da de 9 horas cada uno. Perforadoras: burden 10m, espaciamiento 9.5m, altura de banco 15m, velocidad de perforacin 60m/h, disponibilidad 85%. SOLUCIN

La perforacin debe llevarse adelantada al proceso de carguo para que estos tengan cierta holgura e independencia, es por esto que los rendimientos de las perforadoras deben calcularse en unidades mensuales y no diarias. Para estimar el nmero necesario de perforadoras debe considerarse:

Cada taladro de voladura remueve un total de 10*9.5*15*2.7 = 3848ton. Se perforan 17 metros por taladro => 226ton/m perforado.

400000tpd * 30d/mes => 12.000.000ton/mes (requerimiento de tonelaje mensual).

226ton/m, 12000000ton/mes =>12000000/226 = 53097 m/mes (necesidad de perforacin).

60m/h * 9h/turno * 2turnos/d * Disponibilidad 85% * 30d/mes => 27540 m/mes (rendimiento de perforacin).

53097m/mes, 27540 m/mes (cada perforadora) => 53097/27540 = 1.9 ~ 2 perforadoras.

CARGADOR FRONTAL Los cargadores frontales son equipos capacitados para realizar labores descarga de camiones, vagones o tolvas; carga y transporte para distancias cortas, ya sea a un chancador o al stock pile, y constituye una mquina auxiliar y/o de empuje en labores de limpieza o preparacin de rampas. Componentes:

Chasis. Trasero y Delantero.

Cabina. Cuchara. Neumticos

o Lonas Sesgadas. o Radiales. o Beadless.

Sistema de Transmisin. Sistema Hidrulico.

Datos Sobre su Uso. Mediana y gran minera Acarreo mnimo Alternativa a las palas Son equipos que operan sobre neumticos y son Diesel por lo que tienen

autonoma y buen rendimiento. Movilidad alta Manejan grandes volmenes Requiere maniobra durante la carga (no slo rotacin) Acarreo debe ser mnimo para

optimizar el proceso Menor productividad que una pala.

Costos Sistema Cargador Frontal Costo mano de obra Costos operacin

o Consumo combustible o Consumo de insumos (cuchara, neumticos)

Costos adquisicin o Equipo o Vida til

Costos mantencin y reparacin o Mantenciones menores o Mantenciones mayores

Costo operacin Total = costo operacin + costo mantencin y reparacin + costo mano de obra

Calculo de Produccin En funcin de la capacidad de la mquina.

Produccin Terica (hr) = Capacidad Mquina m3 / Ciclo * Nmero de Ciclos / h Produccin Real (hr) = Capacidad Mquina m3/ciclo * Nmeros de Ciclos / h *

Factores de Correccin. o Factor de Llenado. o Eficiencias. o Disponibilidad Mecnica. o Otros factores.

Ejemplos de Factor de Llenado

Caractersticas de los Materiales Factores de llenado de acuerdo al tamao de los materiales para cargadores frontales

Ejemplo: Un cargador CAT 994D est equipado con un cucharn de 20m3. Esta cargado con roca bien Fragmentada con d =1540kg/m3. Cual es el Factor de Llenado del cucharn (FLL) y cual ser el peso en el

cucharn? Respuesta: FLL = 80-95%

Carga = 20 m3 X .87 BFF = 17.4m3 Peso =17.4m3s x 1540 kg/m3 = 26796 kg

Dimensionamiento de Flota Carguo. Ejemplo. Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 120000 ton de material (mineral y estril) desde el tajo. Se pide dimensionar los equipos necesarios (carguo) considerando los siguientes parmetros:

Se trabajan dos turnos por da de 9 horas cada uno. Uso de cargador Frontal. Ciclo =1 min Densidad de material = 2.7ton/m3. Volumen de cuchara= 25m3 UT (%) = 82 DF (%) = 87 FO (%) = 85 Factor de roca= 1.2

Solucin: Tonelaje x Pase = (Vol. De cuchara * De. del Material * F. de llenado)/ (F.

esponjamiento). =(25m3*2.7ton/m3*80/100)/(1+30/100) =41.5ton/pase.

Rendimiento x da = (Ton x pase*UT*DF*FO*No de Pases*Factor de Roca) = 41.5*0.82*0.87*0.85*1080*1.2 =27178.4ton/da

No de Cargadores (terico) = Req. x da/ Rend. x da = 120000ton/27178 = 4.4+1 = 5.4 Cargadores

No de Cargadores (Real) = 6 Cargadores Cargadores Modelo: 988H Modelo 990H

Capacidad de Cucharones 6.3 m3 7.0 m3 (8.2 9.2 yd3) 8.4 9.2 m3 (11 12 yd3)

15.3 m3 31.0 m3 (19.5 41 yd3)

PALAS EXCAVADORAS Y CARGADORAS Son mquinas compuestas de un bastidor montado sobre orugas o neumticos y una superestructura giratoria dotada de un brazo con cuchara, accionado por mando hidrulico o por cables. Se utilizan para excavar en frentes de trabajo de cierta altura y realizan los movimientos siguientes: excavacin de abajo hacia arriba, giro horizontal y descarga de la cuchara, giro horizontal de regreso al frente de trabajo. SELECCIN DE LAS EXCAVADORAS POR EL COSTO

Cuando se relaciona el costo, se debe estimar el costo por metro cbico manipulado por la excavadora.

En este clculo hay que considerar aspectos como la dimensin del trabajo. Si ste involucra la manipulacin de grandes cantidades de material, puede justificarse el uso de una excavadora de gran dimensin.

Otro aspecto es el transporte del equipo a la obra, puesto que los costos de movilizacin y desmovilizacin pueden ser mayores cuanto ms grande sea el equipo.

POR LAS CONDICIONES DE TRABAJO Las excavadoras tienen la posibilidad de combinar un rango de capacidades de

cucharones para un mismo modelo. La seleccin de la capacidad del cucharn depende de la facilidad con que se

puede manipular el material

Si se tiene roca bien fragmentada o material fcilmente excavable, los cucharones pequeos podrn manipular el material y no necesitarn ejercer mucha fuerza para excavar el material.

ESTRUCTURA DE OPERACIN

Mecanismo de elevacin: trabaja mediante el cable de elevacin, que se enrolla en su correspondiente tambor.

Mecanismo de empuje / retroceso: se realiza por medio de un mecanismo pin y cremallera instalado en la pluma o tambin mediante cables y un tambor montados en la superestructura, todos accionados por motores elctricos.

La descarga: se realiza una vez que la superestructura ha girado hasta situarse sobre la unidad de transporte (camin). En ese momento, un motor elctrico ubicado en la pluma acciona, mediante un cable, el cerrojo de la compuerta para descargar el material.

FUNCIONAMIENTO

PALAS DE CABLE

SERIE 182M

Capacidad de carga de 18 toneladas mtricas (20 ton) El cucharn vara de 7 a 18 m3 (de 9 a 23 yd3)

Camiones de transporte de 55 toneladas mtricas (60 ton), de carga en tres pasos Camiones de transporte de 91 toneladas mtricas (100 ton), de carga en cinco pasos Empuje de cremallera y pin de doble palanca con embrague neumtico ajustable para

proteger contra cargas de impacto excesivo

SERIE 395 Capacidad de carga de 63.5 toneladas mtricas (70 ton) El cucharn vara de 19.1 a 56 m3 (de 25 a 73 yd3) Camiones de transporte de 181 toneladas mtricas (200 ton), de carga en tres pasos. Camiones de transporte de 220-245 toneladas mtricas (240-270 ton) de carga en cuatro

pasos. Espacio aislado de control elctrico para el sistema de accionamiento AC-IGBT Cuerda de avance

SERIE 795 Capacidad de carga 122.5 toneladas mtricas (135 ton) Camiones de transporte de 363 toneladas mtricas (400 ton), de carga en tres pasos. Camiones de transporte de 454 toneladas mtricas (500 ton) de carga en cuatro pasos.

SERIE 295 HR Capacidad de carga de 45 toneladas mtricas (50 ton) El cucharn vara de 18.4 a 39 m3 (de 24 a 51 yd3) Camiones de transporte de 136 toneladas mtricas (150 ton), de carga en tres pasos

Camiones de transporte de 181 toneladas mtricas (200 ton), de carga en cuatro pasos Cuerda de avance con geometra optimizada en el extremo frontal

SERIE 295 HD Capacidad de carga til de 38 toneladas mtricas (42 ton) El cucharn vara de 14 a 31 m3 (de 18 a 40 yd3) Camiones de transporte de 109 toneladas mtricas (120 ton), de carga en tres pasos Camiones de transporte de 154 toneladas mtricas (170 ton), de carga en cuatro pasos Empuje de cremallera y pin con mango de diseo sencillo de caja profunda con

respaldo integral del cucharn

PALAS HIDRULICAS Existen dos tipos de palas hidrulicas: las palas frontales y las retros. La diferencia entre stas se refiere al sentido de movimiento de los baldes y a la geometra de los equipos, distinguindose, por lo tanto, en la accin de carga.

PALAS HIDRULICAS Mayor movilidad Menor inversin que pala elctrica Costo operacional levemente mayor Baldes hasta 30 yd3 Cuchara frontal o inversa

EQUIPO DE TRABAJO El equipo de trabajo est constituido por diferentes elementos, dependiendo de si la

forma de descarga es frontal o de retroexcavadora: En sistemas frontales: El equipo de trabajo lo constituye la pluma y el brazo con el

balde en su extremo. La fuerza de penetracin se consigue mediante uno o dos cilindros hidrulicos del brazo, y la fuerza de excavacin por medio de otros dos

cilindros en el balde. El movimiento vertical se realiza gracias al accionamiento hidrulico de la pluma.

En sistema de retroexcavadora: El equipo de trabajo lo compone la pluma, el brazo y el balde, articulados entre s y accionados mediante sistemas hidrulicos.

PLUMA, BALANCINES Y CUCHARAS

CURVAS DE EXTRACCIN RETRO Y FRONTAL (presentadas en otro PDF)

PRODUCTIVIDAD

CLCULO DE LA PRODUCCIN

RENDIMIENTO DE LAS PALAS

DIMENSIONAMIENTO INDICES OPERACIONALES

Tiempo Cronolgico Horas Inhbiles (HI) Horas Hbiles (HH) Horas Mantencin (HMT) Horas Reserva (HRE) Horas Operacin (HOP)

o Horas Operacionales Efectivas (HEF) o Horas de Perdida Operacional (HPE)

INDICADORES MECNICOS Disponibilidad Fsica

o DF=(HOP+HRE)/HH ndice de Utilizacin

o UT = HOP/(HOP+HRE) Factor Operacional

o FO = HEF/HOP Rendimiento Efectivo

o Ref = Rteo*UT*DF*FO DIMENSIONAMIENTO

TONELAJE POR PALADA (TON/PALADA) o Cp = Vbalde*Fllenado*dens /(1 + %esponjamiento)

RENDIMIENTO EQUIPO DE CARGUO (TON/DA) o R = Cp*DF*UT*FO*24*f(roca)/TCcarguo

NMERO DE EQUIPOS DE CARGUO o N = TPD/R

PROBLEMA Una mina a cielo abierto debe mover diariamente un total de 400000 t de

material (mineral y estril) desde el Tajo. Se pide dimensionar los equipos necesarios (palas, camiones y perforadoras) considerando los siguientes parmetros:

Se trabajan dos turnos por da de 10 horas cada uno. Palas mecnicas: capacidad del balde de 44yd3, factor de llenado de 90%,

densidad del material 2.7t/m3, disponibilidad 90%, utilizacin 95%, tiempo por baldada 1min.

SOLUCION Primeramente se debe estimar el rendimiento de la pala de cables en toneladas por da,

suponiendo que siempre tiene material para cargar (lo que depende de la perforacin y voladura) y camin para recibir. Para lo que se debe considerar lo siguiente:

44yd3 = 33.6m3. Densidad 2.7t/m3 => 90.8t. Llenado 90% => 81.7 t/balde. Tiempo por baldada 1min => 4903 t/h. 10 horas trabajadas por turno => 49030tpt.

2 turnos por da. Utilizacin 95% => 83841 tpd (corresponde al rendimiento efectivo del equipo).

Si necesito mover 400000tpd y cada pala mueve 83841 tpd calculo el nmero de palas requeridas como: 400000/83841=4.7 ~ 5 palas de 44 yd3.

CAMIN Un camin es un vehculo motorizado para el transporte de bienes. Hay camiones de muchos tamaos y de todo tipo, desde camiones pequeos hasta los

trenes de carretera, pasando por los camiones todo terreno de 200 toneladas usados en minera.

Los camiones se han ido especializando y tomando una serie de caractersticas propias del trabajo a realizar. En una evolucin de una simple caja a la forma ms adecuada a la materia a transportar; peligrosas, lquidas, refrigeradas, en continuo movimiento que impida el fraguado, abiertos, cerrados, con gra etc.

Camin de Volteo. Vehculo ms robusto y reforzado para el movimiento de grandes volmenes de ridos y rocas, que habitualmente se denominan DUMPER en ingls, provisto de una caja basculante para verter la carga en forma rpida.

Factores que afectan la Productividad y Costo Relacin entre la capacidad del equipo de carguo con la capacidad del camin. El tamao de la caja del volquete no debe ser ni muy pequeo, ni dbil, en comparacin con el tamao del cucharn de la mquina de carga para no destrozarla

en poco tiempo o viceversa. Factores que afectan la Productividad y Costo La disminucin de la productividad del camin se reduce en promedio en 0.5% por cada aumento en 1% de la pendiente de la rampa principal. Los planificadores deben analizar alternativas de diseo teniendo en cuenta los efectos directos que significa un aumento o bien una disminucin en la pendiente de una rampa.

Condiciones de trabajo de la obra en cuestin:

Naturaleza, disposicin y grado de humedad del terreno. Accesos (pendiente, estado del firme Climatologa (visibilidad, pluviometra, heladas) Altitud

Equilibrio entre el tamao de los volquetes y los equipos de carga El nmero de baldes de material que debe de depositar el equipo de carga sobre la unidad de transporte debe estar comprendido entre 3-6. Esta relacin de acoplamiento queda justificada por:

El tamao de la caja no es demasiado reducido con respecto al del balde, resultando as menores derrames e intensidad de los impactos sobre la unidad

El tiempo de carga no es demasiado pequeo, y por lo tanto, no se produce una mala saturacin del equipo de carga

Trminos Disponibilidad: es el porcentaje del tiempo total en que el equipo est disponible

mecnicamente para ser utilizado para su labor principal.

Utilizacin: porcentaje del tiempo disponible en el que el equipo est efectivamente siendo utilizado para su labor principal

Rendimiento: es el grado de productividad que un equipo tiene en su labor principal, debe ser medido en unidades consecuentes a esta labor y el objetivo que tenga la medicin de este. Por ejemplo: una pala de cables tiene una capacidad de mover 80000 toneladas por da de material

Datos Capacidad del camion:240 ton/tolva Distancia media de transporte:2.5 km Velocidad media(cargado):10 km/h Velocidad media(descargado):15 km/h Tiempo de aculatamiento:1 minuto

Disponibilidad: 80% Utilizacin: 95%

Solucin Para calcular el nmero de camiones necesario, se estima cuantos camiones necesito por pala, para que est este trabajando continuamente. Considerar lo siguiente:

(240tn/tolva)/(81.7tn/balde)=> 3 baldes/tolva (nmero de baldadas para cargar un camin)

3 baldes/tolva. 1min/balde => 3min/tolva (tiempo de carguo por camin). Velocidad cargado 10km/h. Distancia 2.5km => 0.25 hr. (tiempo de viaje

cargado). Velocidad descargado 15km/h. Distancia 2.5km => 0.16 hr. (tiempo de viaje

descargado). Tiempo descarga 1min Sumando los tiempos anteriores, se obtiene un total de 28.6 min para el ciclo del

camin (cargar, transportar, descargar y volver al punto de carguo). En este tiempo, considerando que la pala demora 3min en cargar cada camin,

sta puede cargar un total de (28.6min.)/ (3min.camion) = 9.5 ~ 10 camiones. En consecuencia, cada pala tener 11 camiones para satisfacer la produccin Disponibilidad 80%. Utilizacin 95%=>11/(0.8*0.95) = 14.4 ~15 camiones/pala

(efectivamente). Como se calcul un total de 5 palas, se tiene en consecuencia un total de 75

camiones de 240 ton.