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CAPITULO V

COSTOS DE PERFORACION EN

OPERACIONES MINERAS

Universidad Nacional de San Agustn Ing. Rolando Quispe Aquino

La perforacin es realizar una cantidad de taladros (hoyos) diseados y localizados estratgicamente para contener una carga explosiva de manera que se pueda arrancar la roca de forma eficiente y econmica.

La fase de la perforacin es la ms costosa y debe ser la ms precisa, ya que una perforacin incorrecta puede ser la causa de aumentos del costo a largo plazo en las otras actividades como excavacin, transporte, chancado, etc.

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Para el planeamiento de la perforacin se requiere de la informacin de otras reas de mina.

Se deben considerar los parmetros geomtricos de minado que son determinantes en la seleccin de las perforadoras.

Se debe considerar la secuencia de minado del plan a corto plazo.

AREAS QUE INTERVIENEN EN EL PLANEAMIENTO DE PERFORACION

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PARAMETROS Y DISEO DE MINADO

SECUENCIA DE MINADO

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ESTIMADO PRODUCCION

Para el diseo y planeamiento de las operaciones de perforacin se necesita informacin que es proporcionada por otras reas en mina.

Esta informacin debe ser fluida y muy ajustada a la realidad debido a que la perforacin es crtica en el proceso de minado.

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CRITERIO Y SELECCION DE EQUIPOS

El primer paso en el proceso de perforacin, es seleccionar el dimetro de taladro ms apropiado.

Existe un axioma mientras ms grande es el dimetro del taladro menor es el costo de perforacin por unidad de produccin.

CRITERIO Y SELECCION DE EQUIPOS

La forma ms sencilla de determinar el dimetro del taladro es relacionarla a la altura del banco.

Como una gua emprica el dimetro de taladro deber estar entre 0.5% y 1% del largo requerido de perforacin.

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Una frmula sugerida por C. McKenzie es:

d = H/0.150

d = dimetro (mm)

H = altura del taladro (m)

Si relacionamos el burden (B) y el espaciamiento (E) al dimetro de taladro.

B = (20 a 40) d

E = 1.15 B (para malla alterna o triangular)

CRITERIO Y SELECCION DE EQUIPOS

El tamao de las perforadoras est relacionado al rango del dimetro de taladro que pueden perforar, al uso en la industria y el sistema de perforacin usado.

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Produccin requerida.

Parmetros geomtricos del diseo del tajo.

Informacin geolgica y geotcnica.

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Costo de equipo (incluido costo financiero y de seguros).

Costo de mantenimiento (repuestos, grasas).

Costo de los aceros de perforacin (brocas, barras, acoples, etc.).

En el tipo de energa que usa el martillo de la perforadora (neumticas o hidrulica).

Tecnologa (adecuacin a los sistemas de control en mina).

Diseo, ergonoma y versatilidad.

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Criterios mecnicos: potencia de motor, capacidad de compresor, tren portante (orugas, ruedas).

Caractersticas del martillo y ubicacin: rotacin, percusin o ambos, encima del barreno (drifters) en el fondo (down the hole).

Caractersticas de las barras y brocas (aceros de perforacin).

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CASO PRACTICO N 1

Dentro del plan de operaciones se tiene pensado ingresar a una nueva zona mineralizada.

Calcularemos el nmero de perforadoras necesarias para iniciar los trabajos en dicho sector.

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CARACTERISTICAS DEL EQUIPO SELECCIONADO

Tipo : Rock drill Motor: 350 HP diesel Compresor: 700 cfm Martillo hidrulico Ubicacin del martillo: drifter Sistema de perforacin rotacin/percusin Carrusel para 5 barras. Colector de detritus y polvo Cabina ROC GPS, software

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Para determinar el costo de perforacin se debe evaluar una serie de actividades que involucran la operacin de perforacin.

Estas actividades involucran varias reas operativas de la mina la calidad y oportunidad de la informacin mina, suministrada determina la precisin del clculo.

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SECUENCIA DE PERFORACION

La secuencia de perforacin se elabora en base a la cantidad requerida de material.

Plan de minado.

Relacin mineral/desmonte.

Necesidades operacionales y de construccin.

Planeamiento debe proporcionar:

El detalle del plan minado.

Modelo isomtrico.

Secciones.

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DETALLE DEL PLAN DE MINADO

MODELO ISOMETRICO: OXIDOS (ROJO) SULFUROS (AZUL)

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VISTA EN PLANTA

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SECTORIZACION DE AREAS

Perforacin debe determinar:

Las reas de perforacin en Ore (polgonos) y Waste, de acuerdo a la relacin de desbroce (SR).

El diseo de la malla para cumplir con los parmetros de diseo de banco (ngulo de talud, ancho de berma, pisos).

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Perforacin debe determinar:

Tiempo de limpieza de las reas.

Construccin de accesos, rampas, etc.

Continuidad de las reas de perforacin para evitar el traslado de equipos.

Disponibilidad de material en caso de emergencia.

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DISEO DE MALLA DE PERFORACIN

Esta actividad es la de mayor impacto en las operaciones de perforacin.

El diseo de la malla se debe hacer con modelos matemticos que permitan la evaluacin de la mayor cantidad de variables.

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Los elementos para el diseo de mallas en banco son:

Geomtricos

Altura de banco

Ancho y largo de banco

Angulo talud

Cara Libre

De perforacin Dimetro de taladro

Velocidad de penetracin

Angulo de taladro

De carga

Caractersticas de explosivos.

Fragmentacin.

Relacin taco/ Longitud de carga.

De tiempo

Tiempo de retardo por taladro.

Secuencia de salida del disparo.

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MODELO DE KUZ RAM

La frmula matemtica formal es:

Las variables relacionadas en la frmula son:

Altura banco (m) H Factor de roca F X50 (cm) SBR Potencia en peso (%) E Densidad exp. (gr/cc) de Diam. Hoyo (pulg.) Dh Taco T Densidad roca (gr/cc) dr Error perforacin (m) w

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Las variables que necesitan un clculo previo son:

El taco que lo calculamos con la siguiente frmula:

CALCULO DEL TACO

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El factor de roca describe:

La masa rocosa mediante el RMD.

Espaciamiento de fracturas.

Manteo de diaclasas.

Densidad roca.

Dureza.

CALCULO DEL FACTOR DE ROCA

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CALCULO DE LA MALLA DE PERFORACION

Utilizando el modelo K-R determinamos:

Burden.

Espaciamiento.

Subperforacin (pasadura).

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UBICACION DE TALADROS

Determinado los parmetros se genera un plano de malla.

La topografa ubica los puntos en el terreno y marca cada punto, indicando la altura de perforacin ms la pasadura (sub drilling).

Se marcan los otros parmetros de diseo de banco (cresta, toe y talud).

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CALCULO DE COSTO DE PERFORACION

Se considera tambin en el costo de perforacin la cantidad de dinero invertido en adquirir la mquina, hacerla funcionar, realizar el trabajo y mantenerla en buen estado.

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En este costo se debe considerar:

Costos fijos: intereses del capital invertido, depreciacin, impuestos, seguros y mantenimiento.

Costos variables: combustible, lubricantes, aceros de perforacin y mano de obra directa.

Algunas definiciones importantes:

Inversin (v): se refiere al valor de la mquina, este puede ser CIF/FOB o puede incluir aranceles e impuestos.

Valor residual (vr): es el monto econmico que se piensa recuperar al final de la vida til de la mquina, generalmente se expresa en un porcentaje del valor inicial.

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Vida til (N) : es el periodo durante el cual la mquina trabaja con un rendimiento econmicamente justificable.

Inversin media anual (VIMA): es el valor que se considera como invertido al principio de cada ao de la vida de la mquina.

VIM =((N+1)/2N) x V V= valor de la mquina o inversin.

Depreciacin (D): es el costo que resulta de la disminucin en el valor de la mquina como consecuencia de su uso.

D = (V-vr)/ve

ve= vida econmica en horas

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Inters de capital invertido (I): cualquier empresa para comprar maquinaria adquiere fondos de bancos o mercado de capitales, pagando una tasa de inters, la misma que debe ser calculada en el costo operativo.

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MR mantenimiento y reparacin: son los costos que se originan en la conservacin de las mquinas (mantenimiento preventivo).

Es difcil establecer un promedio de costo, debido a las diferentes condiciones de trabajo, por eso se estimar en base a un %MR (tablas), V y vr.

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Consumo de combustibles y lubricantes: el consumo de combustible es dado por el fabricante, hay que corregir por altura (prdida de potencia de motor por altura geogrfica).

Los consumos de lubricantes y dems consumibles, tambin son dados por los fabricantes. Para el clculo previo se ha relacionado con este al consumo de combustible.

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Mano de obra directa: se considera al personal que est directamente involucrado en la operacin de la mquina (perforista y ayudante). El costo generalmente es proporcionado por RRHH.

Aceros de perforacin: debe determinar la vida til de cada uno de ellos, inicialmente se determina en base a tablas del fabricante; sin embargo, se debe llevar una estadstica del consumo en campo para tener mejores datos.

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CALCULO DEL COSTO HORARIO DE

PERFORACION

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CASO PRACTICO 2

Se determinar el costo de operacin horario de perforacin usando los siguientes supuestos:

Costo de perforadora $600,000 puesto en mina

(incluye aranceles e impuestos).

Tasa de intereses efectiva anual 16% (se incluye el seguro de la mquina).

Depreciacin del 10% (lineal).

Vida til de 12000 hrs.

16 horas efectivas de trabajo por da (25 das al mes).

CALCULO DEL COSTO HORARIO DE MAQUINA

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El costo unitario de operacin es de 95.5 $/hr.

Con este costo se puede calcular el costo unitario de produccin en $/TM.

Previo a esto calculamos los rendimientos de perforacin.

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CALCULO DE RENDIMIENTO DEL EQUIPO DE PERFORACIN

Se debe conocer el ciclo de perforacin que puede ser medido en campo u obtenido de datos histricos.

Este incluye el tiempo de traslado/ubicacin, cambio de barras y penetracin /barrido.

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TIEMPO EFECTIVO DE PERFORACION DURANTE LA JORNADA DE TRABAJO

Conociendo el tiempo necesario para completar el ciclo se calcula los rendimientos esperados.

Para nuestro caso este ciclo se ha determinado en 25 minutos.

Usamos los datos que estamos manejando en diseo, horas trabajadas, etc.

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COSTO TOTAL DE PRODUCCION

Calculamos el costo total de produccin con los y los datos del programa de produccin y rendimientos obtenidos .

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OPTIMIZACION DEL COSTO

DE PERFORACION

La optimizacin de un proceso es el anlisis continuo y estructurado de todas las fases, la identificacin de las mejoras que se puedan realizar y el control de los resultados.

Bajo esta premisa se debe utilizar una metodologa que permita tener una visin completa del proceso, que identifique las variables medibles y retroalimente la informacin.

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Identificar: Conocer las fases del proceso que pueden ser mejoradas.

Evaluar: Medir las variables que se puedan optimar.

Analizar: Establecer las mejoras que se puedan efectuar.

Perfeccionar: Implementar las mejoras que perfeccionan el proceso.

Controlar: Evaluar los resultados de la mejora y medir su impacto en la operacin.

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TIPOS DE OPTIMIZACION

Optimizacin operativa

Reducir el tiempo de operacin necesario para cumplir la produccin requerida.

Mejorar el ciclo de perforacin, incrementar el tiempo efectivo de perforacin.

Reducir la cantidad de mquinas perforadoras.

Reducir la mano de obra directa.

Reducir el consumo de insumos consumibles (combustible, lubricantes, refrigerantes, etc.).

Reducir el stock de aceros de perforacin.

Mejorar el tiempo de preparacin de reas de perforacin (menor uso de maquinaria auxiliar).

Reducir el tiempo de colocacin de puntos en la malla de perforacin.

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Una optimizacin operativa puede elevar los costos en algunas actividades pero en el largo plazo siempre reducir el costo total de operacin.

La evaluacin de costos debe ser siempre integral, evaluar todas las actividades para determinar el costo total. Muchas veces mejoramos el costo de una sola actividad y el costo total se incrementa.

Optimizacin de costos

Reducir los costos fijos.

Reducir los costos variables.

CASO PRACTICO 3

Como existen elementos que se pueden optimizar de los resultados del caso 1 y 2 veremos una mejora en la seleccin, diseo y costo de perforacin.

En la prctica, la optimizacin es continua, debido a que los datos se van ajustando a la realidad particular de cada operacin.

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IDENTIFICACION DE VARIABLES A OPTIMIZAR

En el caso que estamos viendo podemos identificar las siguientes variables que se pueden optimizar:

Altura de taladro.

Dimetro de perforacin.

Diferenciacin de la fragmentacin en ore y waste (X50), disear una malla para mineral y desmonte.

Mejora del ciclo (eliminar tiempos muertos).

ANALISIS DE LAS VARIABLES A OPTIMAR

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Incremento de la altura de banco

Normalmente la altura de banco se halla diseada en base a los equipos de excavacin y transporte, usados en la prctica cuando los bancos son mayores a los 10 metros se utilizan equipos de gran tamao (cargadores, palas y camiones gigantes), elevar 3 metros el banco cae en el rango de operacin de estas mquinas.

En caso de que la altura de diseo de banco est relacionada a la dilucin del mineral en la voladura (el caso del oro que se presenta diseminado en un rea), la evaluacin debera ser ms profunda.

Dimetro de perforacin.

Al incrementar la altura de perforacin se puede incrementar el dimetro de perforacin. Ya que este dimetro est relacionado a la altura del banco.

El incremento en el dimetro tambin responde al axioma que dice a mayor dimetro, menor costo.

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PERFECCIONAMIENTO DE LAS VARIABLES

Simulamos dos mallas para diferentes dimetros de perforacin.

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CONTROL DE VARIABLES

Anlisis de la relacin de esbeltez (H/B) Es importante verificar esta relacin, en el caso se ve

que ha disminuido pero todava est encima de 3, lo que nos dice que ser fcil vencer el burden y obtener buena fragmentacin.

Coeficiente de uniformidad

Sube para 6 y baja para 6.75 , esto nos indica que debemos tomar el segundo dimetro. El coeficiente de uniformidad todava es alto (mayor a 1) esto nos indica que debe haber una mejor configuracin demalla (D, H, B, E).

Los incrementos porcentuales de cada variable se ven en la siguiente diapositiva, estos nos indican:

Un aumento en la produccin de hasta 106%

Incremento en la perforacin de 37.5%

Incremento en el uso de explosivo de 254%

Esto se debe analizar mejor, para determinar el costo/beneficio en el costo total de operacin de perforacin y voladura.

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ANALISIS DE LAS VARIABLES A OPTIMIZAR

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Diferenciacin en la fragmentacin para mineral (ore) y desmonte (waste):

Generalmente el desmonte tiene una densidad menor y no necesita una fragmentacin que vaya ms all del ptimo para ser excavada y transportada.

La fragmentacin del mineral si est ligado al chancado/molienda del mineral fase en la que se mineral, utiliza mucha energa, entonces la fragmentacin deber ser la ms pequea posible con uso de explosivos.

PERFECCIONAMIENTO DE LAS VARIABLES

Utilizamos el modelo de K R para determinar la malla K-para desmonte.

El supuesto es aumentar el tamao de fragmento medio (X50) a 40 cm.

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CONTROL DE VARIABLES

Anlisis de la relacin de esbeltez (H/B)

Si la razn de esbeltez para la malla de desmonte ha bajado a 2.5 es menor que el ideal, pero no es crtico.

Coeficiente de uniformidad

El coeficiente de uniformidad todava es alto (mayor a 1) lo que nos indica que debe haber una mejor configuracin de malla (d, H, B, E).

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Otros datos de inters son:

Aumento en la produccin de hasta 37%.

Disminuye el factor de carga (explosivo necesario para producir una TM) en 27%.

ANALISIS DE LAS VARIABLES A OPTIMAR

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Mejoramiento del ciclo de perforacin.

Los tiempos muertos de perforacin (tiempos en los que la perforadora no est perforando) son los que se deben reducir, estos son:

El acople de barras.

El traslado de punto a punto.

Ubicacin sobre el punto, centrado, alinear castillo.

En el caso que nos ocupa para perforar los 13

metros se deben utilizar 4 barras (cada barra mide 3.5 m) es decir 3 paradas de perforacin para acoplar barra.

Podemos seleccionar una perforadora con barras de 8.1m lo que implica que solo se debe acoplar 1 vez la barra.

Se recorre entre puntos 3.9 m (E) y en la nueva malla se recorrer 6m (E) es decir aumentar 2.10m.

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SELECCION DE PERFORADORA

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CARACTERISTICAS DEL EQUIPO SELECCIONADO

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DETERMINACION DEL NUEVO COSTO DE MAQUINA

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CALCULO DE RENDIMIENTOS

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ANALISIS DE RESULTADOS

Como se ven en los siguientes cuadros:

El costo fijo (costo de posesin del total de mquinas) se incrementa en 108.47%, debido al aumento de la inversin para la compra de perforadoras DM.

El costo variable (costo de operacin del total de mquinas) aumenta en 113.27%, ya que consume ms combustible y consumibles, aunque se reduce el costo de mano de obra directa.

Entonces el costo total mquina (fijo + variable) se incrementa en

110.31%. Este es un costo que lo consideraremos parcial; por ello, debemos analizar el rendimiento de las mquinas para determinar el costo total de operacin de perforacin.

VARIACION DEL COSTO MAQUINA

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El costo total de perforacin relaciona el costo mquina con el rendimiento operacional de la mquina.

Este costo tambin se puede expresar en trminos de productividad ($/TM).

En el cuadro siguiente, se ven los costos unitarios totales de perforacin para la mquina DM y RD tanto en ore como en waste.

El promedio de la variacin porcentual de los costos unitarios de produccin (93%) es el porcentaje en el que bajan los costos totales de produccin.

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Finalmente, se puede calcular el costo total de perforacin en $ de toda la produccin de material tanto para la perforadora DM como para la perforadora RD.

CONCLUSION

De todo el anlisis podemos concluir que

A pesar de que el costo de mquina se incrementa por la mayor inversin, la productividad tambin aumenta con los nuevos parmetros de diseo, lo cual da como resultado un menor costo total de perforacin.

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Problema de aplicacin

Se requiere calcular el costo de perforacin con una

down the hole drill, si se cuenta con la siguiente

informacin:

Datos del equipo

Perforadora: down the hole drill

Montaje: oruga

Dimetro de la broca: 3

Aire comprimido: 900 cfm

Costo de perforadora: $ 60,000.00

Costo de la broca: $ 250.00

Costo del barreno: $ 600.00

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Datos de campo.

Dimensiones del tajeo

Tipo de roca: andesita

Vida de la perforadora: 5 aos, 10,000 hrs. De trabajo

Vida del barreno: 14,600m

Vida de la broca: 600m

Profundidad del taladro: 4.5m

Malla de perforacin y voladura: 1.80m x 1.80m

Sobre-perforacin: 0.5m

Rango de penetracin: 0.31m/min.

Densidad de la roca (in situ): 2.7 Tm/m3

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Solucin

i. Costos de propiedad y operacin.

Costo del trabajo US$/Hr. 2 hrs. X $ 5/hr (incluye beneficios sociales) 10.00 Costo del petrleo (compresora de aire 900 cfm)

(10 gls F.O/hr) x (1.2 $/gal) 12.00

Costo de lubricacin

Constante 0.70

Costo de mantenimiento (50% amortizacin) 4.20

Costo de amortizacin

Precio de entrega $ 60,000

Costo de amortizacin $ 84,000

$ 24,000 Seguro, impuestos, carga, inters) 40%

10,000hrs

$ 84,000

8.40

Costo fijos: Propiedad y costo de perforacin $/hr. 35.30

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Costo variable

Costo de la broca: 250/600m = 0.42 $/m

Costo del barreno: $ 600 0.04 $/m

14,600m

Total Costo Variable = 0.46 $/m

=

Rango de penetracin

(0.31 m/min) (60 min/hr) (0.68) = 12 m/hr.

Costo de la broca y del barreno: 0.46 $/m (12 m/hr) = 5.5 $/hr.

Costo total/hr. (35.50 + 5.50) = 40.8 $/hr.

Disponibilidad real

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Costo/Tm. de la perforacin a percusin.

Metros cbicos perforados/m = 1.8 x 1.8 = 3.24 m3/m

Sobre-perforacin 10%

Metros cbicos netos perforados/m = 2.91 m3/m

Metros cbicos perforados/hr. 2.9m3/m (12m/hr) = 34.99m3/hr.

Costo $/m3 perforados: (40.8 $/hr) / (34.99 m3/hr)= 1.16 $/m3

Costo $/Tm = (1.16 $/m3) / (2.7 Tm/m) = 0.43 $/Tm

Costo $/m = 40.8 /12 = 3.4 $/m.

MUCHAS GRACIAS