CAPITULO VI

Rotopalas

1. Introducción aún hoy en operación , como es el caso de Turow enPolonia.

La rotopala es una máquina de producción continua enEn los años 50, las rotopalas se diseñaron incorporandola que las funciones arranque , carga y transporte , un gran número de innovaciones , como son los sistemasdentro de ella,, estánn separadas, siendo realizadas lasde brazo extensible y suspendido , con una capacidaddos primeras por el rodete y la última por un sistemade excavación de 20 .000 m3b/día, llegando en 1952 ade cintas transpo rtadoras . producciones de 40 . 000 m3b/dia.

Los antecedentes de estos equipos se remontan a Posteriormente , en la década de los 60, los yacimientosPosteriormente,udibujos realizados por Leopardo da Vinse de lignitos más superficiales se habían agotado , siendo

mdelontaban

losiglodesarrollaron

aa mediados

s para necesario extraer mayores cantidades de recubrimientomáquinas que r y a mayor profundidad , apareciendo las rotopalas deefectuaruar labores de dragado y conlla invención de los 60.000 y 110.000 m'b/día de capacidad . Por último, enmotores de vapor sufrieron un gran impulso . Las

excavadoras la década de los 70 , la explotación del yacimiento decontinuas de rosario de cangilones se con una producción de 30 MUaño , impuso lautilizaron paralelamente en diferentes proyectos, como Hambach ,necesidad de unidades con una capacidad de 240.000el del Canal de Suez , entre 1863 y 1868. m 3b/día.

En 1881 , fue cuando se construyó y patentó una En la Tabla 1 se indican las características básicas demáquina en los Estados Unidos , que puede considerarsecomo la primera rotopala , accionada por vapor y los diferentes tipos de rotopala atendiendo a susdiseñada por C.A. Smith , Fig. 1. capacidades de producción.

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

ROTOPA<LALA

- Para una producción dada, las rotopalas son máspequeñas que las dragalinas o las excavadoras.

- Son máquinas de excavación continua , no cíclica.

- Tienen un consumo de energía menor, del 60 al70% del de las excavadoras de cables, por unidadproducida.

- No generan impactos durante la carga.RODETE

CINTA - Poseen un radio de vertido grande.PLATAFORMA CORONA DE GIRO - Pueden operar por encima o por debajo del nivel de

orugas o apoyo.RODETE CINTA RODETE - El material excavado puede ser descargado sobre

una gran variedad de sistemas : camiones, vagoneso cintas transpo rtadoras.

Pueden trabajar con bancos de diferente altura.

Proporcionan un material excavado de pequeñotamaño , lo que facilita su transpo rte con cintas.

Figura 1.- Diseño de la primera rotapala patentada en 1881.- Pueden diseñarse con una baja presión específica

sobre el terreno, siendo adecuadas en suelos debaja capacidad po rtante y con malas condiciones

Sin embargo , hubo que esperar a 1916 para que, meteorológicas.debido a la situación creada por la 11 Guerra Mundial,Alemania comenzara la explotación de lignitos pardos , - El sistema de trabajo proporciona taludes muyentrando en funcionamiento la primera rotopala de cierta estables y bancos anchos.capacidad . Este equipo se trasladaba sobre vías y seutilizaba para excavar el recubrimiento por encima del - Permiten una gran selectividad en la excavación.nivel de traslación . Hasta la década de los años 30 nose produjo una fuerte implantación de estas máquinas - Pueden entregar el material por encima y por debajoen las minas de lignito , algunas de las cuales continúan del banco de trabajo.

163

TABLA 1

PARAMETRO TIPO DE ROTOPALA

CARACTERISTICO 0 1 II III IV

Producción diaria (M3b) 20.000 40.000 60.000 110.000 240.000Diámetro del rodete (m) 7,5 11,5 12,3 17,6 21,6Capacidad del cazo (m') 0,6 1,4 2,0 4,6 6,3Fuerza periférica (kW) 216 363 451 687 1.432Longitud del brazo rodete (m) 28,0 36,2 42,4 70,5 70,5Longitud del brazo de descarga (m) 27 89 80 110 119Altura de corte (m) 21 30 32 50 50Anchura de corte (m) 35 57 60 98 98Anchura de banda (m) 1,4 1,8 2,0 2,6 3,2 }Peso en servicio (t) 920 1.925 3.100 7.600 1.200

Tienen un contrapeso pequeño. Así pues, cualquier modelo de rotopala queda definido $por:

Por el contrario, los inconvenientes de estas máquinasson:

SchRs hrJ- Requieren un mantenimiento amplio y complejo. t

- Configuran sistemas poco flexibles debido a su poca Si la propia excavadora realiza el vertido de losmovilidad. Su utilización se ve muy afectada por los materiales directamente, es decir transferencia de loscambios geométricos y tectónicos del yacimiento. estériles dentro del hueco creado, la rotopala suele

llevar adaptado un puente de transferencia, cuya- No pueden excavar materiales compactos y denominación se hace mediante los parámetros

abrasivos. siguientes:

- Constituyen sistemas en los que existe una fuerte b = Anchura de las bandas de los brazos.dependencia entre la disponibilidad global y el I, y 12 = Longitudes de los brazos (m).número de elementos en serie que los integran.

h = Altura de descarga sobre el nivel de orugas.- Son equipos que requieren unas inversiones muy

elevadas. Las expresiones que se utilizan son:

La denominación de las rotopalas se encuentra Bs b hnormalizada por medio de los siguientes parámetros(Norma DIN 22266): I, + 12

Sch = Rotopala montada sobre carriles.Sch R = Rotopala sobre orugas. BRs

b

1, 12h

+s = Rotopala con la parte superior giratoria.J = Capacidad de cangilón (1).t = Altura de corte por debajo del nivel de trasla-

ción (m).h = Altura de co rte por encima del nivel de 2. Tipos de unidades

traslación (m). En la actualidad , Fig. 2, existen los siguientes tipos der = Distancia de retraimiento (m). rotopalas: t

1 64

tt�

Foto 1.- Rotopala convencional descargando sobre una cinta ripable de tajo en un nivel superior.

- Compactas.- Semicompactas.- Convencionales.

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

16,8M. 26,0 m . I L Longitud del brazo del rodete

D Diámetro del rodete

teniendo cada una de esas clases de máquinas lossiguientes valores medios de la Tabla II.

23.tm. 36 .0 TABLA II

TIPO DE ROTOPALA UD

--� ��-, Compacta 2

Semicompacta 3Convencional 4

34.56 m. 30,0 m. l

La longitud del brazo determina la anchura y altura delFigura 2.- Alzado de diferentes rotopalas capaces de dar una bloque a excavar, mientras que el diámetro del rodete

producción de 3.150 m3/h. es el que fija la capacidad de producción.

165

Las ventajas de las excavadoras compactas son:

;Menor inversión , del orden de un 20% menor que SUPERESTRUCTURAen las rotopalas convencionales . GIRATORIA` SISTEMA DE IZADO

Menor peso y mayor estabilidad , consiguiéndosemayor seguridad en la operación.

BRAZO- Menor tiempo de entrega a pa rt ir del pedido . DEL RODETE fi

BRAZO DE

Por el contrario , los inconvenientes que plantean son: DESCARGACORONADE

- Las excavadoras compactas se construyen con dos RODETEGIRO

CHASISorugas , por lo que tienen una limitación en el peso INFERIORdebido a los esfuerzos que se transmiten al rodaje, á i

TREN E Xde ahí que el tamaño máximo actual sea de 1.600 +Y� I RODAJEt con una producción de unos 7.500 m'/h.

- El menor brazo del rodete se traduce en una menoreficiencia de la operación , especialmente cuando serealiza arranque selectivo . X

-YEl factor de eficiencia se define por:

/(o, /S), -ZSiendo : Figura 3.- Componentes principales de una rotopala.

Q., = Producción efectiva.

Q, = Producción teórica.

S = Esponjamiento . 3.1. Tren de rodaje

Este coeficiente toma los siguientes valores medios de El tren de rodaje permite la traslación de la máquina.la Tabla III , para cada uno de los tipos de rotopala . incluso en malas condiciones del terreno . Los tipos

disponibles son: sobre vía y sobre orugas.

TABLA III A continuación se describe cada uno de ellos.

TIPO DE ROTOPALA n 3.1.1. Vías

Compacta 0 ,63 Este sistema de traslación transmite las fuerzasoriginadas en la máquina al terreno , por medio de los

Semicompacta 0,72 carriles . La retención del equipo se produce debido a la

Convencional 0,79 fricción entre las ruedas y los citados carriles. }

Los inconvenientes de este diseño son:

- Hay que mantener limpios los carriles para permitir

En la Tabla IV se establece el campo de utilización de una buena traslación y frenado.las distintas rotopalas , según el tipo de trabajo y laproducción teórica de diseño. - Los desplazamientos de la máquina se ven muy

limitados en las curvas y también lo está la

capacidad para remontar pendientes.

- La unidad no puede trabajar en el sistema ce

3. Características generales de bloque lleno , que es la forma de trabajo masg y favorable , siendo necesario operar en frente largo.

diseño- El sistema es poco operativo en minas con mal

terreno y alta pluviometría , debido a la dificultad de

Las partes más importantes de una rotopala se reflejan conseguir en los ripados o desplazamientos lateralesen la Fig. 3. buenas alineaciones.

166

TABLA IV

RENDIMIENTOMINAS DE LIGNITO

DESMONTE DE CONSTRUCCIONES CIVILESTEORICO (m3/h) TERRENOS TERCIARIOS MINERIA

400

800

1.250

2.000

3.150

4.000 (

5.000

6.300

10.000

20.000

Compactas

Semicompactas- - - Convencionales

En general, este sistema de traslación sólo se utiliza en - La traslación de la rotopala en el tajo puedelas rotopalas tipo "combi", aplicadas a los parques de variarse de acuerdo con las necesidades o puedehomogeneización, y en las excavadoras de rosario de mantenerse fija durante una fase de la operación.cangilones. La velocidad de traslación puede diseñarse en

función del tipo de operación, pero es fija.

- Cuando la máquina no está en movimiento, ésta se3.1.2. Orugas mantiene parada debido simplemente a la fricción

entre las placas y la superficie de apoyo.En este diseño los esfuerzos producidos por la máquina - En todos los casos las cargas verticales sese transmiten por medio de los rodillos a las cadenas y transmiten estáticamente al terreno.de éstas al terreno, a través de las placas del tren de - Hasta un cierto nivel las orugas se adaptan a lasrodaje. irregularidades de la superficie.

Es el sistema de traslación más utilizado en minería a - Es posible cambiar rápidamente de dirección.cielo abierto, debido a las siguientes ventajas: - El sistema es funcional, incluso en malas

condiciones meteorológicas y bajas capacidades- La superficie de las placas de las cadenas portantes de las plataformas de trabajo.

puede ser suficientemente grande para ejerceruna presión adecuada a la capacidad portantede los terrenos. El diseño y configuración del tren de rodaje dependen

fundamentalmente de la capacidad portante de los- Ofrecen una gran maniobrabilidad y capacidad materiales y del peso en operación de la máquina, que

para adaptarse a las condiciones de operación. determinarán el número de orugas necesario. En laFig. 4 puede verse la relación entre dichos parámetros.

- Pueden superar pendientes importantes, mayoresdel 15%, aunque normalmente operan sobre Existen las siguientes configuraciones básicas:bancos prácticamente horizontales (< 1%).

A) De dos orugas- La traslación de la máquina es independiente de

la posición del brazo del rodete. Pueden construirse con los siguientes diseños:

167

soo A = ARFA DE LAS ORUGAS iA - Conexión rígida entre las orugas y el chasis.0,3 P = PRESION SOBRE EL

TERRENO - Una oruga rígida y otra pivotante con respecto al600 NE chasis.

Dos orugas pivotantes en relación al chasis.0,2 aaoo P - Orugas disimétricas ; una rígida y otra pivotante.

o,, B) De tres orugas

Este diseño puede emplearse con máquinas de hasta1.500 t de peso en servicio . Tal como se indica en la

1 2 3 4 s s z s s 10 II 12 13 Fig . 5, el chasis se apoya en tres puntos, cada unoPESO EN OPERACION ( xIO3t ) correspondiente a una oruga.

Figura 4.- Relación entre el peso en operación y la capacidad C) Cuatro orugasportante de los terrenos.

D) Tres orugas doblesE) Seis orugas dobles

Los trenes de orugas dobles pueden adaptarse porparejas a las pendientes transversales del terreno, yaque oscilan en los puntos de anclaje al chasis de lasmáquinas.

Cada oruga está constituida por un bastidor formado poruno o tres módulos a los que se fijan los rodillos de

2 sustentación . Los situados en la parte superior delbastidor sopo rtan el peso de la oruga y los de la parteinferior , que van unidos por parejas a unos sopo rtesoscilantes , son los que aguantan el peso de la máquina.

+ ' • Estos sopo rtes oscilantes , junto al juego que permiteny i los bastidores de tipo modular , facilitan la adaptación delas orugas a las superficies irregulares del terreno.

4

Figura 6.- Adaptación de una oruga de 16 rodillos a las irreg.: •r

ami FIEL

ridades del terreno.

Él Él La rueda motriz y la rueda guía de cada oruga van enuna posición elevada. Los motores van dispuestoslateralmente y, mediante unos árboles tipo cardan y unacaja de engranajes , transmiten la potencia a las ruedasmotrices que con unas pestañas arrastran las cadenas.

TRENES DE RODAJE : Mediante un dispositivo de cilindros hidráulicos

1. CON DOS ORUGAS colocados en la rueda guía se consigue la tensión de

2. CON TRES ORUGASlas cadenas.

3. CON CUATRO ORUGAS . . Las placas o zapatas de las orugas son los elementos4. CON TRES ORUGAS DOBLES que, en contacto con el terreno, sustentan a la máquina5. CON SEIS ORUGAS DOBLES y ayudan a la tracción. Tienen forma rectangular, con la

superficie exterior plana , y en su parte central disponende una nervadura o guía sobre la que se apoyan los

Figura 5- Diseños de los trenes de rodaje de orugas . rodillos.

168

.2. Corona de giro Las pistas tienen unos arcos con radios ligeramentesuperiores a los de las bolas. Las bolas se instalan en

►urante la operación, el brazo del rodete debe colocarse unos canastillos para prevenir la colisión o el blocaje den una posición adecuada, por lo que la superestructura unas bolas con otras.'e la rotopala debe poder girar sobre el chasis interior•ansmitiéndole las cargas horizontales y verticales que,e originan en la excavación.

B) Rodamiento de rodillos:l elemento que permite este giro relativo, sin desgastele las dos partes, es la corona giratoria. También sirve En el rodamiento de rodillos, la transmisión de esfuerzos)ara retener la superestructura en una determinada verticales de la superestructura giratoria al chasis se)osición cuando la máquina no esté en funcionamiento. realiza por medio de rodillos que se mueven a través de_as máquinas con un brazo de descarga normal gulas o pistas circulares.precisan una corona de giro adicional a la del brazo del•odete, Fíg. 3. Los rodillos son guiados radialmente en el plano

horizontal por las citadas pistas. No pueden transmitirA medida que se aumenta el tamaño de las rotopalas, esfuerzos horizontales, por io que es preciso disponeral diámetro de las coronas de giro debe incrementarse, de unos componentes especiales entre la infraestructurallegando a alcanzar diámetros de hasta 23 m. El y la superestructura,diámetro debe ser lo suficientemente grande paragarantizar la seguridad ante el vuelco en las condiciones Este tipo de rodamiento no es muy utilizado en lasmás desfavorables de carga y, por otra parte, debe rotopalas, pero sí en las dragalínas.intentarse mantenerlo en el mínimo posible, debido a suinfluencia sobre otras dimensiones de la máquina.

C) Rodamientos especialesLa corona de giro consta de los siguientes elementos:

Cuando es necesario transmitir esfuerzos verticales de- El rodamiento. compresión y tracción, se emplean dos o tres pistas, de

- La corona dentada y el piñón motriz.bolas, de rodillos o combinaciones de ambas.

La construcción de estos rodamientos es más complejaque la de los tipos anteriores.

3.2.1. RodamientoD) Rodillos soportados hidráulicamente

Puede construirse de los siguientes tipos: de bolas, derodillos, especiales y de rodillos soportados Con este diseño se consiguen unas cargas iguales dehidráulicamente. los rodillos soportados hidráulicamente, mediante la

conexión de los cilindros soporte a un grupo hidráulico,que hace que la presión de aceite en cada cilindro

A) Rodamiento de bolas individual sea idéntica. El uso de soportes hidráulicos noestá demasiado extendido.

El rodamiento de bolas consiste en dos pistas circularesentre las que pueden rodar todas las bolas, Fig. 7.

3.2.2. Corona y piñón

cft El piñón motriz engrana en la corona dentada y produceel giro de la superestructura.

Existen dos disposiciones de montaje: corona en elchasis inferior y piñón en la superestructura, y coronaen la superestructura y piñón en el chasis inferior.

I \�I La selección de una u otra depende generalmente deI los equipos eléctricos que monte la máquina y el tipo de

rodamiento. Normalmente, se utiliza la primeradisposición.

A) Corona dentada

La corona dentada es concéntrica al rodamiento. En lasunidades pequeñas se construyen en una sola pieza,

Figura 7.- Pista de bolas doble. mientras que en las grandes se fabrican por segmentos.

169

- ------ - ------

1 11

B) Piñón

Mediante un reductor se transfiere el momento motrizdel motor al piñón de giro. Como la velocidad de girodebe variarse de forma ininterrumpida en la operación,normalmente, se emplean motores de corriente continuaque permiten obtener velocidades variables.

La regulación de velocidad se realiza, generalmente, enel rango comprendido entre 0,1 y 1 de la velocidadmáxima.

El número de piñones se elige de acuerdo con lapotencia necesaria para el giro. Las rotopalas máspequeñas requieren un solo piñón, mientras que las másgrandes necesitan dos o más.

3.3. Brazo del rodete Figura 8.- Excavación selectiva.

La longitud de brazo del rodete influye sobre la anchurapor otro lado, la elección del parámetro "LID" debe }del bloque de extracción, la altura de banco y laajustarse a cada tipo de yacimiento, determinando:selectividad de la rotopala. Y- La altura de banco.

La anchura del bloque se determinará mediante la - La anchura de bloque.ecuación:- Las maniobras de la rotopala en el cambio de

B = 1,35 . L, terraza.- El número de máquinas en operación.

donde: - Los tiempos improductivos: ripado de cintas, etc.B = Anchura de bloque (m).L = Longitud de pluma (m) - •La inversión necesaria..

- La vida del proyecto.La altura de banco máxima se determina mediante laexpresión:

H,"„ = 0,6 (L + D), 3.4. Rodete

siendo: El rodete es el componente que arranca el material delH",,,, = Altura de banco (m). frente de excavación, y su diseño influye decisivamenteL = Longitud de pluma (m). sobre la producción del equipo.D = Diámetro del rodete (m). Este diseño depende básicamente de:

Esa dimensión puede estimarse, también, en función - Las propiedades geoestructurales de los macizos.exclusivamente del diámetro del rodete:

- Las resistencias de los materiales a ser excavados.H,,. = (2,5 + 3,0) . D. - La producción horaria requerida.

En algunas explotaciones puede ser necesario el El diseño del rodete debe efectuarse cuidadosamente.arranque selectivo de diferentes materiales , por ejemplo, ya que cada tonelada en el mismo repercute en el pesocuando existen varios niveles de mineral con final de la máquina con unas 400 toneladas adicionalesintercalaciones de estéril. Las rotopalas son capaces de y, por tanto, en el precio final del equipo.efectuar esta excavación selectiva explotando cada capacomo una terraza. En este caso hay que determinar la Los rodetes varían en tamaño desde 2,5 a 22 m dealtura de banco selectiva "H,", Fig. 8. diámetro, con producciones horarias comprendidas entre

H, = H,,,,,, - 0,5 . D, 200 m3/h y 19.000 m3/h.

donde: Existen tres tipos básicos de rodetes:

H, = Altura selectiva (m). - Celulares

H,,,,, = Altura máxima del centro del rodete (m). - No celulares

D = Diámetro del rodete (m). - Semicelulares.

170

3.4.1. Rodete celular El cierre es de tipo radial, con una placa de caídacircular que sólamente permite la descarga del material

En el rodete celular una placa de caída en forma de que contiene el cangilón en el comienzo de la aberturaarco cierra el espacio existente debajo del cangilón, de descarga. El material entonces cae sobre placa deconstituyendo la llamada célula. transferencia montada en el rodete, guiándolo hacia la

cinta lateral del brazo.

Generalmente, el diámetro de estos rodetes es menorque el de los de tipo celular.

La cinta de¡ brazo del rodete puede disponerse porencima del eje de rotación de éste, consiguiéndose unamejor geometría de corte que con los rodetes celulares.

Figura 9.- Rodete celular. k

Las células guian el material arrancado por el rodetehaciendo que caiga sobre la cinta lateral de que disponeel brazo.

Para asegurar que el material salga sólo de cada célulaen el punto de transferencia, el rodete se cierra por unaplaca o pared lateral fija arriostrada al brazo. Figura 10- Rodete no celular.

Las celdas se aproximan al centro del rodete lo máximoposible para obtener un ángulo de caída suficiente sobre 3.4.3. Rodetes semicelularesla cinta del brazo; esta última sé coloca normalmentepor debajo del eje de giro del rodete, que puede tener Este tipo de rodetes fue introducido a mediados de losun efecto desfavorable sobre la geometría de corte del años 60, y consiste en el cierre del espacio inferior derodete. los cangilones mediante unos planos, también llamados

semicelulares. El volumen de este espacio puede serLas superficies sobre las que el material desliza para elegido arbitrariamente. El cierre se efectúa en unasalir de las células son sometidas a un fuerte desgaste. dirección radial mediante una placa o vertedera fija,Como las células son arqueadas, las placas de desgaste también llamada pista o círculo de vertido. Esta placadeben adaptarse a su geometría. Esto supone que dispuesta en el interior del rodete sólo permite quedeban utilizarse placas de diferentes formas. caiga el material en la zona de la abertura de descarga,

sobre la placa de transferencia que lo guía hacia laUna de las características de este diseño es su cinta lateral del brazo. La inclinación de esta placa juntopequeño desgaste relativo y la menor potencia con la dimensión radial de las semicélulas determinan elespecífica requerida, debido a la reducida velocidad diámetro del rodete necesario.periférica del rodete.

La cinta del brazo puede también colocarse por encimaEste tipo de rodete se utiliza, más que en las rotopalas del eje de rotación. Como consecuencia de esto, lade excavación, en los recogedores de los parques de geometría de corte es también más favorable que conhomogeneización, especialmente cuando se manipulan el rodete celular. Como las superficies de desgaste deminerales abrasivos. las semicélulas son planas, pueden ser cubiertas por

placas antidesgaste estandarizadas que simplifican lasnecesidades de repuestos.

3.4.2. Rodete no celular

Los rodetes no celulares se construyen insertando los 3.4.4. Velocidad de rotación del rodetecangilones en el espacio anular. Este espacio vacíoproporciona un aumento de la capacidad del cangilón La velocidad de corte del rodete depende de lade un 50% del volumen del mismo, lo que le permite resistencia del material a ser excavado y de laobtener la capacidad de excavación teórica por unidad fuerza centrífuga que impide el vaciado de losde tiempo. cangilones.

171

. jISNA

,��• � � � : �etez- ..Q ¡ i

I.it f

J f

Res=3 - p,(

Foto 2 .- Vista de un rodete.

La velocidad máxima o crítica , en m/s , para la cual la La velocidad de corte de diseño , como porcentaje de lafuerza centrífuga se iguala con el peso del material , se velocidad máxima, depende de tipo de material adetermina con la expresión : arrancar y del diseño del rodete empleado, Tabla V.

V,,,. = 'Jg. U12 = 2,216 <W, Los materiales duros y pedregosos deben excavarse convelocidades pequeñas para evitar desgastes excesivos

donde : de puntas y dientes. {D = Diámetro del rodete (m).g = Aceleración de la gravedad (9,8 m/s2). La producción de una rotopala depende del diámetro del

rodete , debiendo existir una relación entre esteparámetro, el tamaño y número de cangilones y la

t potencia de accionamiento.

3.4.5 . Accionamiento del rodete6 La potencia de accionamiento del rodete comprende: la

potencia de excavación , la potencia de aceleración, lapotencia de elevación y la potencia perdida.

0 5 lo 05 20 A) Potencia de excavaciónDIÁMETRO DEL RODETE D(m.)

La potencia de excavación , " Ps■", depende de laFigura 11 - Relación entre la velocidad máxima de giro del producción horaria y de la resistencia al corte del

rodete y el diámetro de éste . material a extraer.

172

TABLA V {

% VELOCIDAD MAXIMA í

TIPOS DE RODETE

TIPO DE MATERIAL CELULAR SEMICELULAR NO CELULAR

Fuertemente cohesivo y adhesivo 20-24 27-32 35-42

Normales, con 10 por ciento de suelos cohesivos 24-28 32-39 42-49

Secos y fáciles. No cohesivos 28-32 37-42 49-56

Se trata de uno de los parámetros más importantes de B) Potencia de aceleraciónla máquina y, por ello, se realizan una serie de ensayosde laboratorio, desarrollados por los fabricantes de La potencia de aceleración, "P1", depende del flujo derotopalas, sobre muestras representativas de los masas y de la velocidad de corte, y se emplea paramateriales a arrancar. poner en movimiento el material excavado.

La potencia de excavación requerida se determina conla expresión: p . O . VEZ

Pa (W) = ,K 3600

P.. (W) _ D ,TL C donde:

donde: p = Densidad del material (kg/cm3).P., = Potencia de excavación (W). O = Producción de la rotopala (m3/h).

O = Producción de la rotopala (m3/h). V, = Velocidad de corte (m/s).S = Número de descargas por minuto.

D = Diámetro del rodete (m). C) Potencia de elevación

K = Fuerza específica de corte (kg/cm). La potencia de elevación, "P.", depende del flujo demasas, de la aceleración de la gravedad, y de la

C = Constante que depende de la relación altura de diferencia de altura del rodete y la de corte, "D-h". Esta

terraza/diámetro del rodete. potencia se emplea en elevar el material excavadodesde que el cangilón sale del material hasta que se

rt = Rendimiento de accionamiento. vierte en la tolva del rodete.

P.(W)p.0.g.D/2

Los valores de "C" se reflejan en la Tabla VI. 3.600

TABLA VI

ALTURA TERRAZA/DIAMETRO 0 , 1 0,2 0, 3 0,4 0, 5 0,6 0,67 0,7DEL RODETE

VALOR DE "C" 295 248 222 203 189 178 171 168

173

TN

donde: Como las características de los materiales son muyvariables dentro de una misma explotación, es necesario

p = Densidad del material (kg/cm3). poder ajustar la velocidad de rotación del rodete y suvelocidad de traslación para evitar vibraciones excesivas

Q = Producción horaria (m3/h). en la máquina.

g = Aceleración de la gravedad (m/s2).Para conseguir esto se pueden adoptar las siguientes

D = Diámetro del rodete (m). disposiciones:

- Caja de velocidades con embrague selector con dosvelocidades, hacia delante y hacia atrás. El motor es

D) Potencia perdida de corriente alterna. Debido al tamaño requerido.esta disposición se utiliza sólo en los modelos

Es la suma de la potencia perdida en el anillo y en el pequeños.accionamiento del rodete.

- Reductor con motores de corriente alterna y dosLa potencia perdida en el anillo del rodete se debe al velocidades, hacia delante y hacia atrás.rozamiento del material.

- Velocidad variable por accionamiento en corrienteLa potencia perdida en el accionamiento se produce en continua con sistema Ward Leonard o por tiristores.los engranajes del reductor. Depende del número de Este sistema permite un control sin escalones, peroetapas y de la calidad de los dientes. tiene mayores problemas de mantenimiento.

El valor de ambas pérdidas da lugar a un coeficiente - Accionamientos hidrostáticos con control sindel orden de i = 0,9 ó 0,95, por lo que la potencia total escalones, ya que son muy versátiles en el controlrequerida vale: velocidad-par. Tienen menores eficiencias que los

accionamientos eléctricos y se han adoptado en las

P (W)P,x + P. + P. rotopalas compactas.

Esta potencia se puede calcular de forma aproximada Todos los sistemas de accionamiento del rodete estánen función del tipo de material a excavar, Tabla VIII, en dotados de elementos de protección para evitardonde "Q" se expresa en m3/h. sobrecargas,

h3 h2 hl h2 ti

�- t 3R

a1 R

t2Lt3 L

Figura 12.- Angulo de corte libre.

TABLA VII (Según Price et al)

MATERIALFUERZAS ESPECIFICAS DE

CORTE (KN/m)

Arenas 10-40

Limos 20-40

Arcillas arenosas 10-50

Gravas finas 20-50

Gravas gruesas 20-80

Limos arenosos y * . = = = 20 60

Arcillas húmedas 30-65

Arcillas secas 50-120

Arcillas esquistosas 35-120

Arenas arcillosas 20-65

Pizarras arcillosas 50-160

Pizarras 70-200

Areniscas blandas 70-160

Areniscas duras 160-280

Yesos 50-130

Fosfatos 80-200

Calizas 100-180

Granito meteorizado 50-100

Aluvión poco consolidado 30-60

Aluvión medianamente corso cECO 50-80

Carbón 50-100

Carbón helado 100-160

Lignitos 20-70

Limonita 190-210

TABLA VIII

TIPO DE MATERIAL POTENCIA NECESARIA(kW/Q)

0,2- 0,3Ligero

Medio 0,3-0,4

Duro 0,5- 0,7

175

.1

La ubicación del accionamiento debe ser tal que: Los cangilones son fácilmente reemplazables paracambiar puntas o dientes, reparar roturas, etc.

- Facilite el montaje y desmontaje y las operacionesde mantenimiento.

- Permita en la última terraza una altura próxima a a) Elementos de cortemedio diámetro del rodete. Los elementos de corte constituyen una de las partes

- Se disponga el eje del motor o motores más importantes del diseño de la rotopala y,

perpendicularmente al eje del rodete, con el fin de concretamente, del rodete. Los ángulos de corte y

permitir un mayor acercamiento de la pluma del salida, cuando no son correctos por su geometría orodete al talud lateral, Fig. 12. porque se hayan desgastado, producen dificultades en

el arranque, generando un aumento en el consumo deenergía, una disminución de la producción y unincremento de los esfuerzos en el corte que se traducen

3.5. Can lloneS elementos de corte en vibraciones que afectan a la superestructura de lag y rotopala.

La forma y dimensiones de los cangilones influyen en elLos elementos de corte que se emplean son de tresgrado de llenado y en la facilidad de vaciado de lostipos:mismos. Los cangilones pueden ser rectangulares,

trapezoidales y circulares, con el respaldo cerrado o - Dientes.cubierto con cadenas. Fig. 13.

Cuchillas de corte.

Orejetas angulares.

La elección de estos elementos afecta a la disponibilidadde las máquinas a través de los tiempos necesariospara su sustitución.

Con objeto de que el desgaste de los elementos decorte sea uniforme, el diseño más utilizado es elsimétrico. Fig. 14.

CANGILON TRAPEZOIDAL

2

CANGILON SEMICIRCULAR

Figura 13.- Tipos de cangilones.lJ

Con materiales que se vacían fácilmente la relación 1 CANGILONanchura/altura de cangilón es EB /E„ = 1 , mientras que 2 ELEMENTOS DE CORTEcon materiales pegajosos se tiende a una menor anchura 3 CADENAScon una relación EB /E„ = 1,6 y unas caras laterales másinclinadas para evitar la formación de puentes. Figura 14.- Cangilón con elementos de corte

Los cangilones con respaldo de cadenas puedendescargar sin dificultad materiales húmedos y pegajosos,ya que las cadenas con sus movimientos los despegan Estas piezas pueden ser intercambiables o fijas. Lasfácilmente. primeras se sustituyen con facilidad, una vez

desgastadas, mientras que las segundas tienen queExisten disposiciones especiales, con recubrimientos ser rellenadas con soldadura, manualmente y enantiabrasión, calentamiento de los cangilones, etc. taller.

Los elementos de corte tienen que cumplir las siguientescondiciones básicas: í

- Ser fáciles de montar y desmontar.

- Soportar los materiales abrasivos.

- Ser susceptibles de reparación. o

- Aguantar los impactos.CANGILON \T/

PRECORTADORb) PrecortadoresESTRUCTURA

Los precortadores son unos elementos de corte especial DEL RODETEque consisten en unos cangilones con fondo abierto. Seinstalan entre cada dos cangilones, y su misión es la de Figura 15.- Colocación de cangilones precortadores.

arrancar el material para conseguir un llenado máseficiente, pues de esta manera cada cangilón se llenacon el material arrancado por él, más el procedente delprecortador que le antecede. 3.6. Sistema de izado

El sistema de izado posibilita el posicionamiento delEl disponer de precortadores exige un incremento de la rodete a la altura requerida durante la operación,potencia de accionamiento, pero queda compensado por previniéndose la bajada de éste cuando no se trabaja,las ventajas derivadas de su utilización y por la la subida rápida si se produce un derrumbe del talud oposibilidad de sustituirlos en un momento dado por simplemente mantener el rodete a una alturacangilones convencionales. determinada estando parado.

mil

Foto 3- Rodete de cangilones con fondos constituidos por cadenas.

177

Los sistemas de izado pueden ser de dos tipos: de diámetro del mismo, "d", y el diámetro de los tamborescilindros hidráulicos o de cables. y polea, "D", sea D = 25d.

La vida en servicio de los cables depende

3.6.1. Cilindros hidráulicosfundamentalmente de las condiciones de trabajo de lamaquina y de la frecuencia con que se accionen los

El cilindro de izado se coloca bajo la pluma del rodetecabrestantes de izado. En algunas unidades que

y se fija a la superestructura giratoria, Fig. 16. Comotrabajan realizando un arranque selectivo, los sistemasde elevación se mueven hasta 400 veces durante una

consecuencia de las grandes fuerzas que pueden hora.con los cilindros hidráulicos, es posible .

utilizar unidades simples. También se emplea el sistemahidráulico en el izado de la pluma de descarga, pero, Cuando el sistema de izado del brazo de descarga esdebido a los menores requerimientos de altura, su también de cables, se aplican los mismos criterios dedimensión es mucho más pequeña, Fig. 16. diseño que para el brazo del rodete, pero teniendo en

cuenta que las fuerzas de elevación que se requierenEstos mecanismos de elevación se utilizan preferen- son mucho menores.temente en las rotopalas compactas de accionamientoelectrohidráulico.

3.7. Descarga de la rotopala3.6.2. Cables

La descarga del material por la rotopala se puedeEl sistema de izado por cables es el más fiable para efectuar por diversos sistemas, mediante el brazo delevantar y bajar grandes cargas. descarga, un carro cinta y el brazo de descarga o por

un puente de conexión.En las unidades mayores se emplea no sólo en laelevación del brazo del rodete, Fig. 17, sino incluso enla del brazo de descarga.

3.7.1. Brazo de descargaEl sistema comprende una serie de tambores deenrollado accionados eléctricamente y un conjunto de La rotopala vierte el material directamente sobre el carropoleas de reenvío, Fig. 18. tolva o en el hueco creado, Fig. 19, si es que éste se

En el caso de máquinas pequeñas, es suficiente con unautorrellena y, una vez realizada la excavación de un

único cabrestante, Fig. 18, con dos tambores y dosbloque, la cinta del tajo se traslada paralelamente almismo.independientes. Las mayores tensiones aparecen .

en el cabrestante y en la estructura soporte.La longitud de la pluma debe permitir la apertura del

Con el fin de alcanzar la máxima vida en servicio de los hueco inicial en un nuevo bloque antes de efectuar elcables de izado, se recomienda que la relación entre el ripado de la cinta del tajo.

r r CILINDRO DE ELEVACIONDEL BRAZO DE DESCARGA

CILIN O DE ELEVACIONDEL BRAZO DEL RODETE

Figura 16.- Cilindros hidráulicos de elevación del brazo del rodete y del brazo de descarga.

178

Foto 4 .- Sistema de izado por cables del brazo del rodete.

IR

;SI

Figura 17.- Sistema de elevación mediante cables.

A

A SISTEMA DE CABLES AB 2 3

8 SISTEMA DE CABLES B1 EXTREMO DEL CABLE Y ABRAZADERA2 EXTREMO DEL CABLE

3 DISPOSITIVO DE MEDIDA DE TENSION DEL CABLE

Figura 18.- Cables y poleas de accionamiento de un brazo de rodete.

179

•Jlm

x±71.1 ,

- ®m I_ ; -

•lm_o

m,6 5'J1Sm� co IOC m

Figura 19.- Vertido dei material mediante brazo de descarga.

3.7.2. Brazo de descarga y carro cinta 3.7.3. Puente de conexión

El carro cinta permite la excavación por la rotopala de Este sistema es el más empleado en las grandesdos o más bloques , Fig. 20, sin efectuar el ripado de unidades y ayuda a compensar las distancias entre lacintas, teniendo el sistema las siguientes ventajas: rotopala y la unidad de descarga que recorre la cinta de

- Disminuye el número de ripados y, por tanto, banco, Fig. 21.

aumenta la eficiencia de la rotopala. El puente de conexión tiene las siguientes- Facilita la apertura de bancos. características:- Permite realizar la excavación y transporte a - Con la extensión automática del puente, el procesodiferentes niveles. de carga de la cinta es más o menos independiente

de los movimientos de la excavadora.ROTOPALA

- El operador de la rotopala se encuentra situadoH - cerca de la cinta de tajo y controla fácilmente el

movimiento de las orugas.

o1STANCUI ce - La cinta de carga se puede ajustar en altura.- RIPADO _

La tolva de descarga puede suspenderse de la cintaf . � I de carga, eliminando el carro tolva.

1 POSICION oE uANCHURA ' - = l- 1 il ROTOPALA PARAlLOOVE EL 114.00VE 1 La cinta de banco puede situarse a diferente nivel

°LOOVE " �� '� `= ; ! que la rotopala, facilitando la ape rtura del banco.

POSICION PARA1 i

I EL BLOQUE =

EXCAVA~ LEL

1

'3 .8. Sistema de cintas

HUECO INICIAL CINTA oE�--�` TAJO

En el desarrollo de las roto alas se ha producido unafuerte reducción en el número de cintas y puntos de

ROTOV.LAtransferencia. Así, en las grandes unidades, se hapasado de 10 cintas a 4, que son las que se utilizan en

- CARRO TOLVA los modelos actuales. Estas cintas son:-'' CARRO CINTA

.�. -Br

- La cinta del rodete

.�PDS pON DE LA ANTA °E La cinta central que se desplaza excéntricamenteTAJO DESPUES DEL RIPADO ! i 1

La cinta extensible del puente.

Figura 20.- Descarga mediante un carro cinta. - La cinta de carga.

ton

10.2 m

• 26 m �� // _

-lom

:0

Sm ; j36m 90m : tOm � tSm zlm

i L �IOm

Figura 21.- Descarga de la rotopala a través de puente de conexión.

Foto 5.- Vista del brazo de descarga de una rotopala convencional.

181

En las rotopalas semicompactas se prescinde de la En el primer punto se han probado diferentes diseños.cinta central y en las compactas sólo existen dos llegándose incluso a utilizar platos giratorios, Fig. 23.cintas.

A BEl sistema de cintas de estas máquinas debe estar ------diseñado para soportar puntas de carga durante laoperación, sin exceder la sección transversal de lasmismas. La puesta en marcha de las cintas serealiza en sentido opuesto al del transporte delmaterial.

En lo referente a las secciones transversales de lasbandas, éstas dependen de diversas variables, peropueden establecerse las relaciones aproximadasreflejadas en la Tabla IX.

Figura 23.- Comparación de rodetes dotados con plato giratorioy placa de caída.

TABLA IX

A no ser que esté plenamente justificado, el platoANCHURA DE BANDA ANCHURA UTIL giratorio supone un componente más de las rotopalas

B (mm) b (mm) que suele causar serias dificultades durante la operacióny mantenimiento de estas máquinas.

B < 2.000 b = 0,9B - 50El diseño del segundo punto de transferencia en el eje

B > 2.000 b = B - 250 de giro debe también estudiarse con detalle, con el finde.evitar el rebose del material.

Se colocarán placas reflectoras o estrelladeras paraguiar la trayectoria del material y la tolva de la cintareceptora dispondrá de cierres laterales, Fig. 24.

4. Operaciones básicas y práctica,R IR operativa

1-- IR 4.1. Forma de trabajo de una rotopalaB ANCHURA DE BANDAb ANCHURA UTIL La forma de operar de una rotopala se basa en la

/R LONGITUD DE RODILLOS combinación de dos movimientos: la rotación del rodete

ANGULO y el giro del brazo que sustenta al mismo. La huella queX se produce en el frente de excavación es similar a una

Figura 22.- Sección transversal de una cinta. curva helicoidal cuyo diámetro es igual al diámetro delrodete, y el radio de curvatura es igual a la distanciahorizontal del eje del rodete al eje de giro del brazo.

Las velocidades de las bandas, por lo general, semantienen por debajo de los 4,5 m/s. Cuando la rotopala completa una pasada de espesor "t"

se produce una traslación de la misma para efectuar unEn cuanto a los puntos de transferencia, éstos suponen corte concéntrico con el anterior, Fig. 25.un inconveniente en la operación de las rotopalas, yaque constituyen interrupciones en la ruta de transporte El corte de espesor "t" sólo se produce cuando eldel material. Los principales puntos de transferencia son: ángulo "a" es igual a 00, es decir, cuando el brazo delel del rodete, y el del eje de giro. rodete es perpendicular al frente de trabajo y el corte

182

• TAMBOR TAMBOR DE\ ` - -i- DESCARGA

PLACAREFLECTORA

CINTA DELBRAZO

CINTA DEDESCARGA

CINTA DE o 0DESCARGA

-i

Figura 24 .- Diseño del punto de transferencia en el eje de giro de la rotopala.

AVANCE DE LA EXCAVACION La velocidad de giro del brazo del rodete se regula enEN UNA TERRAZA , v un campo de 1 a 5 y , por consiguiente , el ángulo se

FRENTE ve limitado a un valor máximo de 800 .DE TALUD

A TALUD LATERAL�= V NUEVO

h 4.2. Variantes de excavación

H La rotopala puede excavar de dos formas : en terrazastx¿ DIRECCION y en cortes descendentes , Fig. 26.

DE AVANCEgC(

TALUD LATERALANTIGUO 0Y F 1

CORTE EN ELPUNTO CENTRAL

b.

Figura 26.- Formas de excavación de las rotopalas a) en terrazas-Q4 p y b) en cortes descendentes.

Figura 25 .- Cortes efectuados por una rotopala . En la excavación por terrazas , el rodete avanza un pasoen cada inversión de giro del brazo, hasta el límite

tiene una altura igual al radio del rodete y va permitido por el brazo y las orugas a la misma altura.disminuyendo proporcionalmente a 1/cos a. Por lo tanto , Una vez concluida la terraza, el rodete retrocede,si se quiere mantener la producción de la máquina, desciende y comienza la terraza siguiente.debe producirse un aumento de la velocidad de giro delbrazo del rodete. Para un ángulo "a" de 70°, 1/cos En el co rte descendente , el rodete baja en cada70° = 3, con lo que la velocidad de giro debe ser 3 inversión de giro del brazo . Acabado el co rte se iza elveces mayor que en el centro del bloque . La expresión rodete , se avanza y se comienza el nuevo corte.general para calcular esa velocidad es, pues:

La elección del sistema de excavación depende de lascaracterísticas geomecánicas de los materiales y de la

V necesidad de realizar los arranques selectivos. En esteV,° = último caso , se puede utilizar una forma de excavación

cos a mixta.

183

4.3. Sistemas de trabajo 4.3.2. Excavación en frente largo

Los métodos de trabajo principales son: excavación en Se realiza manteniendo el brazo del rodete enbloque lleno , excavación en frente largo, excavación en dirección perpendicular a la dirección del circuito debloque lateral y excavación bajo nivel de orugas. transpo rte , desplazándose la máquina paralelamente

al frente , Fig. 28.

En este sistema de excavación el tren de orugas es el4.3.1. Excavación en bloque lleno componente que opera con mayor intensidad, siendo

frecuente que este tipo de rotopalas se desplace sobreEs el sistema más utilizado en la actualidad , debido a vías.la gran movilidad de que disponen las excavadorassobre orugas . Con máquinas de brazo extensible se puede conseguir

la excavación en terrazas , haciendo posible el arranqueLa rotopala puede trabajar en terrazas o por co rt e selectivo de materiales.descendente con un ángulo del brazo del rodete enrelación al talud que va disminuyendo a medida que La aplicación de este sistema de operación exige que el

progresa la excavación hacia abajo , Fig. 27. banco de trabajo presente una buena estabilidad.

Figura 27.- Excavac ion en bloque lleno . Figura 28.- Excavacion en frente largo.

La anchura del bloque se dimensiona de forma queel brazo del rodete forme un ángulo de 80° conrelación al nuevo talud y de 45° a 50° con relación 4.3.3. Excavación en bloque lateralal antiguo.

La rotopala lleva sus orugas entre el pie del talud y elCuando se trabaja en terrazas la altura de las mismas circuito de transpo rte , de igual forma que en ladepende del diámetro del rodete , de forma que se excavación en frente largo , realizando el arranque concumple : el sistema en bloque lleno , es decir , girando el brazo

0,33D <_ H <_ 0,67D,del rodete , Fig. 29.

siendo:

H = Altura de la terraza (m).D = Diámetro del rodete (m).

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

Figura 29 .- Excavación en bloque lateral.

Este método de operación presenta los siguientesinconvenientes : Se utiliza para la extracción de suelos o ma-

- Es necesario variar la velocidad de giro del brazo teriales supe rf iciales de poca estabilidad , requirien-

del rodete para mantener la producción, como ya se do una frecuencia de traslación intermedia entre

ha indicado .los dos sistemas anteriores y exigiendo un brazode rodete largo y con posibilidad de alargarse

- Hay que comprobar los ángulos libres del más.

extremo del rodete con el accionamiento, ya quepueden limitar las posibilidades de giro de la Este sistema es el más empleado en Estados Unidos enrotopala . las explotaciones de carbón bituminoso.

184

4.3.4. Excavación bajo nivel de orugas - Arranque del recubrimiento con vertido directo de losmateriales poco consolidados más superficiales,

Este sistema de excavación permite aumentar la altura dejando al descubierto las rocas competentes, quede banco para una posición del tren de orugas, Fig. 30. serán extraídas por dragalinas, excavadoras de

cables, etc.La altura del banco inferior es menor que la que - Excavación del recubrimiento con vertido a una cintaconsigue la misma excavadora en el banco superior, puente "Cross Pit Conveyor - CPC", o a la cintaestando normalmente en una relación 1 a 3. transportadora perimetral, "Around Pit Conveyor-La excavación bajo el nivel de orugas puede hacerse APC".manteniendo o cambiando el sentido de giro del rodete: - Extracción del mineral cuando éste es poco

resistente: lignito, bauxita, fosfato, etc.- Con igual sentido de giro se necesita un brazo de

rodete largo y se reduce la anchura de banco. - Retirada de la tierra vegetal con unidades pequeñaspara su recolocación en la parte superior de la

- Cambiando el sentido de giro se aumentan las escombrera con vistas a conseguir una buena

posibilidades, existiendo sólo la limitación que se recuperación de los terrenos,

impone por el ángulo máximo posible de la cinta delbrazo de carga. B) Obras Públicas

El cambio del sentido de giro del rodete solo es posible - Ejecución de grandes movimientos de tierra encon diseños de éste no celulares. obras lineales, tales como canales y autopistas.

Los métodos de explotación en los que pueden utilizarserotopalas son fundamentalmente dos: descubiertas y ttterrazas, y su elección depende de la estructura delyacimiento, recubrimiento de estéril, diseño de la

5. Aplicaciones explotación, etc.En los epígrafes siguientes se describen los más

Las aplicaciones principales de las rotopalas son las importantes.siguientes:

A) Minería 5 . 1. Método de terrazas con excavación enescalones

Excavación del recubrimiento, con vertido directo, entodo el espesor, hasta dejar el mineral al Con este método se puede incrementar la altura dedescubierto. banco, cuando no existen problemas de estabilidad y, de

ev r� I

63m 88m 18m�

Figura 30.- Excavación bajo el nivel de orugas.

185

ROTOPALA

CINTA RIPABLE

H1Hi

H +T --------

�---- A CINTA RIPABLE ROTOPALA

H+Hi

Ht

Figura 31.- Método de trabajo escalonado.

B = ANCHURA. DE BLOQUEH= ALTURA DE BLOQUEL = LONGITUD DE BLOQUE

Figura 32.- Método de explotación por bloques.

186

A= ANCHURA DE BLOQUE

ROTOPALAr mar.- - - ---t- Br

LiIII-`Y-1, 1 1 -P 1/14 A

A

CARRO-TOLVACARRO-CINTA CINTA RIPABLE I

a

Figura 33.- Explotación por bloques paralelos con rotopala y carro cinta.

-r-

H,?sta forma, mantener el circuito de transporte más HT {:-_________ _estable . Los procedimientos operativos pueden ser los H

12 -- - - - - - - - - - -,iguientes:CINTADE TAJO

- Con dos pasadas al frente a distinto nivel.

- Con una pasada por detrás de la cinta del tajo , conla rotopala en el nivel inferior.

C IN TA DE TAJO

- Con una nueva pasada , desde la posición anterior.bajo el nivel de orugas . _. ¡

A

5.2. Método de terrazas por bloquesparalelos NIVEL oE ! i

En este método las rotopalas dan una pasada en iavance y otra en retroceso , ambas de igual anchura, - - i.Fig. 32.

Los ripados de las cintas de tajo son paralelos . - - Aconsiguiéndose mejores rendimientos que con otros L̂- ; TOLVAtipos , como son los polares o mixtos. - ¡ r7

Si se cuenta dentro del sistema con un carro-cinta, lasposibilidades de explotación aumentan al no precisarse unnúmero tan elevado de ripados de las cintas de tajo , Fig. 33 .

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 Figura 34.- Método de explotación con dos rotopalas atranspo rte , Fig. 34 . distinto nivel.

187

:íZ

- i. Á nm: .•�7EífaR�..i1 ':.:.11[. w; ..� ].� %� .� : �, , ._���.-+ j � � J

Foto G.- Frente de explotación con rotopala en primer plano excavando bajo el nivel de orugas ( Mina Fortuna . Rheinbraun).

Por otro lado , con una sola máquina es posible excavar 5.3. Método de descubierta con vertidovarios bloques paralelos, sin ripar la cinta de tajo , si la directorotopala dispone de un puente de descarga de longitudsuficiente, Fig. 35. Consiste en el empleo de equipos que disponen de un

El esquema en planta de estos métodos de bloquesbrazo de descarga de grandes dimensiones , capaz de

paralelos con ve rtido de los estériles dentro del propiorealizar el ve rtido a gran altura y distancia del frente deexcavaciónhueco y transporte perimetral del material se representa

, Fig. 19.

en la Fig. 36.

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Figura 35.- Excavación de dosbloquesdel mismo nivel con una rotopala.

188

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l1 �O rDIRECCION DE AVANCE

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SECCION A-AFigura 36.- Método de terrazas con vertido de los estériles en el propio hueco.

5.4. Método de descubierta con cinta 5.5. Método mixtopuente o apilador de brazo largo

Existen múltiples combinaciones de equipos mineros conEs similar al método anterior , pero el transporte del las rotopalas, que configuran los diferentes sistemas deescombro se efectúa por encima del tajo de extracción explotación . En la Fig . 38 puede verse el empleo dedel mineral . Se aplica cuando la potencia del estéril de una rotopala con un circuito de cintas perimetral en elrecubri miento es importante y su vertido directo no es nivel superior, trabajando conjuntamente con unaposible realizarlo por la propia rotopala, al no disponer dragalina en el banco inferior.de alcance suficiente , Fig. 37.

189

I'.

IOm 20m

I I ¡

E. -fEi4

E}- - - - - I E�s0m ^'

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2Cm

Figura 37 .- Descubierta con ap i laoor de brazo largo

ROTO PALAORAGALINA

a 52t9n►4 CARRO CINTA

SS inem_�F,�,q t

10 n+ --- 2Cm

'ANCHURA DE BANCOtam ARCILLAADORA

12m BAUXITA

Figura 38.- Método de terrazas con sistema de explotación mixto.

El método descrito se utiliza cuando los recubrimientos se somete a la máquina a tensiones muymás superficiales no son compactos y de naturaleza impo rtantes.abrasiva y permiten la excavación continua obteniendo - Los materiales pegajosos producen problemas deelevados rendimientos . apelmazamiento y atascos en los cazos, en las

cintas y en los nudos de transferencia.- Los materiales muy abrasivos producen un fuerte

6. Consideraciones de selección desgaste en las puntas y dientes de los cazos.- Los frentes de excavación deben ser estables.Las rotopalas son máquinas con grandes rendimientos de

arranque en terrenos y condiciones de operación adecua - El proceso de selección de la máquina tiene dos etapasdos. Las mejores condiciones se dan en grandes yacimien - básicas : el cálculo de la producción teórica y latos horizontales , de materiales poco consolidados y uni- definición de la geometría de la máquina.formes , tal como aluviones, suelos , rellenos glaciares, etc.

Hay que tener en cuenta las siguientes restricciones:Los bloques de roca o el material grueso no pueden 6.1. Cálculo de la producción teóricaser manipulados por estas máquinas . La producción real de una rotopala es muy diferente a

- Los materiales muy duros no son adecuados ya que la producción teórica o de diseño de la misma , debidose requiere una potencia del rodete muy elevada y a los siguientes factores:

190

TABLA X

CONDICIONES DE ORGANIZACIONCARACTERISTICAS DEL TERRENO

Excelentes Buenas Medianas Malas

Ligero 0.70 0,63 0,55 0,47

Medio-difícil 0,65 0,58 0,50 0,42

Difícil 0,57 0,50 0,43 0,36

Duro 0,42 0,37 0,32 0,27

Grado de llenado de los cangilones . 6.2. Definición de la geometría de laParadas por mantenimiento programado. máquina

Paradas por averías. Una vez conocida la producción teórica necesaria, seRipados de cintas transportadoras. determinan los siguientes parámetros geométricos deDías no trabajados, etc. estas máquinas:

- Diámetro del rodete.- Velocidad de corte.

_a producción teórica de diseño, "Q,", se calcula en - Número de cangilones.`unción del volumen anual necesario, "Qe". - Número de descargas.- Capacidad del cazo.

Q - Potencia de accionamiento.,=Días/año .Horas/día . F La producción teórica del material suelto de una rotopala

donde: viene dada por:

F = Factor de campo que es igual a E x C. Q� - Qm ' S

E = Eficiencia de la operación donde:C = Condiciones de trabajo. Q, = Producción teórica (m' sueltos/h).

Qm Producción teórica (m3 banco/h).S = Esponjamiento del material, que suele variar

"E" se determina en función de las características z el entre 1,3 y 1,6.terreno y condiciones de la organización, Tabla X.

Por otro lado, se tiene:El factor "C" se determina según la Tabla XI.

Q.=IN.s.60

TABLA XI donde:IN = Capacidad del cazo (m'). En rodetes no

celulares se cumple: IN = 1,25 V, siendo "V" el

CONDICIONES DE TRABAJO FACTOR volumen geométrico del cangilón. No debeolvidarse que existe un aumento de capacidaddebido al espacio anular y que puede llegarse

Excelentes 0,52 a valores de IN = 1,5 V.

Buenas 0,83 s = Descargas por minuto, que se calcula con:

Medias 0,73 s = W . nMalas 0,62

donde "W"W" es la velocidad de rotación del rodete y "nel número de cangilones.

191

El rendimiento , "Q,", es igual al producto de la altura de ya que condiciona el peso de la máquina y, por tanto,la terraza , " h", por la profundidad de corte , "a", por la su coste y además la producción horaria.anchura de corte, "b", y por el número de descarga porminuto , " s". La velocidad de corte depende de las características del

material a excavar y debe ser tal que permita elQ, = h . a . b . s . 60. pe rfecto vaciado de los cazos.

La profundidad y anchura de la rebanada dependen de La regulación del rodete se consigue con un reductor dela velocidad de giro de la pluma del rodete. velocidad o con una cascada subsfncrona y de esta

forma los materiales pegajosos se extraen con bajaVelocidad de giro V9 velocidad y los normales con alta velocidad.

b = . 60,S Entre la velocidad de corte , "V," , en m/s, la velocidad

angular , "W", en rad/s, y el diámetro del rodete , " 0", enm, existe la siguiente relación:

luego:V, = WW. D/2.

Q,=h.a. V9.3600.La velocidad de corte suele variar entre 2 y 3,5 m/s.

La altura de la rebanada, "h", depende a su vez del La velocidad crítica es la que se alcanza cuando ladiámetro del rodete , " D", y suele estar comprendida , fuerza centrífuga se iguala con el peso del material y,como ya se ha indicado , entre los siguientes valores : normalmente, se calcula con las siguiente expresión:

h = (0,3 _ 0 , 65) D. V,, = 2,22 � D,

La profundidad de la pasada , "a", es función de la altura donde:de la rebanada y depende de la dimensión del cangilón,estando comprendida entre los siguientes valores : Va, = Velocidad crítica (m/s).

D = Diámetro del rodete (m).a = (0,05 + 0,1) D.

La velocidad de giro, "V9suele variar dentro del Entre la velocidad de co rte , "V," , y la velocidad crítica,siguiente rango : "V,,", debe mantenerse la siguiente relación:

V9 = 0,2 _ 0 , 5 m/s. V° > 0,5 V," ó V° ? 1,1

Con los valores señalados anteriormente , resultan lassiguientes relaciones , con sus rangos , entre lacapacidad nominal de la rotopala y el diámetro del 6.2 . 2. Número de cangilonesrodete:

El tamaño y número de cangilones depende del tipo deQ, = 10,8 D2 r 117 D2, material a excavar:

de donde : - En rocas blandas se usan pocos cangilones de grancapacidad, y

D = 0,3 . Q, , 2 _ 0,09 Q, `2.

- En materiales duros se emplean muchos cangilonesEl material a excavar influye en el diámetro del rodete , de pequeño tamaño.debido a los siguientes aspectos:

- En los materiales blandos y pegajosos se requiere En este último caso, se consigue una mejor distribuciónuna mayor velocidad para facilitar el vaciado de los de los esfuerzos de corte y una reducción de lascazos, precisándose un diámetro mayor . vibraciones al disponer de un elevado número de

cangilones . El espesor del tamaño arrancado es más- El diámetro influye en el ángulo de la pluma del pequeño y, por consiguiente , más manejable en todo el

rodete y dado que se tiene un valor límite de 13°, sistema.a mayor diámetro menor ángulo.

El espacio existente entre cazos depende de lacapacidad geométrica de los mismos y el diámetro del

6.2.1. Velocidad de corte rodete . El número de cazos , "Z", se suele estimar conla ecuación:

La velocidad de co rte o velocidad tangencia ) del rodetey su regulación es un parámetro de diseño fundamental , Z = 4 . D12.

192

6.2.3. Número de descargas - Resistencia a compresión

El número de descargas de los cazos, "s", por segundo - Estructura de la matriz

es función del tipo de material y del tiempo necesario - Plasticidadpara permitir el vaciado. Con materiales sueltos el - Cohesiónnúmero de descargas es mayor que con materialespegajosos o plásticos de mayor cohesión. - Angulo de fricción

El valor de "s" se determina con: - Humedad- Abrasividad

s V Z • 60, - Velocidad de propagación sísmica.=

D Finalmente, queda por determinar los siguientesparámetros:

donde: - Longitud de la pluma del rodete

V, = Velocidad de corte (m/s). - Angulos libres del rodete, y

Z = Número de cazos. - Longitud de la pluma de descarga

D = Diámetro rodete (m).Cada uno de estos parámetros afecta a los siguientespuntos:

Existe un número óptimo de descargas, pues, si es muyelevado, el efecto de la fuerza centrífuga dificulta el - Longitud de la pluma del rodetevaciado de cangilones y, si es muy pequeño, seproduce una sobrecarga de éstos con derrame de parte Altura de bancodel material arrancado. • Peso de la excavadora

• Anchura de bloque

6.2.4. Capacidad de los cangilones• Talud lateral mínimo.

- Angulos libres del rodeteLa capacidad de los cangilones se estima a partir de la Talud de trabajoproducción nominal de la rotopala, Q,s (m /h), y delnúmero de descargas por minuto, "s". • Talud lateral mínimo

Q • Profundidad del bloqueV= a

60 . s . 1,25 - Longitud de la pluma de descarga

• Anchura de bloque

• Frecuencia de ripados de la cinta de banco6.2.5. Potencia de accionamiento • Posibilidad de trabajo en dos bancos

La potencia de accionamiento que engloba la potencia - Velocidad de girode excavación, la potencia de aceleración, la potencia Producción de la excavadorade elevación y la potencia perdida, ha sido tratada condetalle en el epígrafe 3.5.5. - Fuerza de excavación

Producción de la máquina según el tipo deterreno.

6.2.6. Diseño estructural del rodete • Problemas de mantenimiento.

El diseño completo del rodete comprende: - Sistemas de traslación

- El diseño del cazo. • Presión sobre el terreno- Los elementos de corte y precortadores. . Pendiente remontable- Las tolvas de vertido. • Talud frontal- La ubicación del accionamiento del rodete.

Como ya se ha indicado, una misma producción horariaLos tres primeros elementos dependen de las se puede conseguir mediante rotopalas compactas,propiedades de los materiales a excavar: semicompactas o convencionales.

193

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Foto 7.- Talo de explotación de una rotopala trabajando conjuntamente con un carro cinta. Lignitos de Meirama.

Dado que el precio de adquisición de estas máquinas es - Son sistemas complejos que precisan unnotablemente diferente, debe realizarse un análisis mantenimiento cualificado y poseen unacomparativo detallado estudiando la influencia de disponibilidad muy baja al tratarse de circuitos endiversos factores: serie.

- Coste del dinero. - La inversión es muy elevada.- Vida del proyecto.

Coste del personal. - No pueden excavar materiales duros, abrasivos Ycompactos.

- Coste de la energía.Coste de los materiales. Por ello, las tendencias en las últimas décadas se han

- Coste de los elementos de desgaste. dirigido hacia la resolución de estos problemas y poderasí aprovechar sus grandes cualidades, en un momentoen el que la aparición de la crisis energética y elagotamiento de los yacimientos hacía necesario disponerde sistemas de excavación de bajo coste.

7. Tendencias y nuevos desarrollos A continuación, se analizan los principales logrosalcanzados en el diseño y fabricación de estas

Las grandes ventajas ofrecidas por las rotopalas residen máquinas.en que:

El continuo aumento en el tamaño y productividad de- Son sistemas continuos. las rotopalas, desde la década de los 50 hasta finales

- Tienen un coste bajo de operación. de los 70, se ha estancado, por el momento, debido alreducido número de yacimientos en los que pueden ser

- Poseen alta capacidad de producción con arranque utilizadas y, sobre todo, a las importantes inversiones deselectivo. capital que se precisan.

Se han visto en numerosas ocasiones superadas por El desarrollo se ha centrado en las máquinas consus inconvenientes, entre los que cabe destacar: tamaños pequeños y medios:

194

- Rotopalas compactas. - Diseño de cazos con dientes para resistir la- Rotopalas semicompactas. abrasión y la excavación en terrenos compactos o

prevolados.La mayor introducción de las rotopalas se ha producido - Construcción de la pluma resistente a impactos ycon las de diseño compacto, como consecuencia de sus vibraciones.ventajas:

- Menor inversión que con las rotopalas - Sistema de estructura tipo cajón.convencionales.

- Menor peso y mayor maniobrabilidad.- Menor tiempo de entrega al tratarse de unidades Por último, y con objeto de aumentar la

estándar. disponibilidad de los circuitos se produce una

- Capacidad de excavación de terrenos resistentes. simplificación de los mismos, cambiando el tradicionalsistema alemán:

Este tipo de rotopalas suelen ser de accionamiento - Rotopala con puente de conexión.electrohidráulico y tener una capacidad 3de producción

Cintas ri ables de tajo.entre 150 m b/h y 2.500 m%/h.-

p jo.

El segundo grupo de rotopalas en expansión es el tipo - Cintas fijas con cabezas avanzables.semicompacto, con capacidades de producción - Cintas fijas a escombrera o circuito de parque concomprendidas entre 2.400 y 3.600 msb/h. cintas y apiladora.

Estas máquinas de tamaño medio tratan de resolver los - Circuito de escombrera con cinta ripable y apiladora,problemas de excavación de terrenos duros en Fig. 39,explotaciones de dimensiones medias-grandes, pero congeología y materiales diferentes a los yacimientoscentro-europeos. Fundamentalmente, están siendo por un sistema de estéril formado por:empleadas en Canadá, en las arenas bituminosas deAlberta, en la India, en Neyveli, y en Australia, en - Rotopalas compactas, yGoonyella.

- Apilador de brazo largo o cinta puente, Fig. 40.Las características más significativas de estas máquinasson: Esta variante se utiliza en algunos yacimientos no muy

profundos, como los de lignito de Texas, permitiendoPotencia de accionamiento del rodete elevada. elevar la eficiencia del 50 al 65%.

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ESTERIL DEAPILADORA

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ESTERIL DEDRAGALINA

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Figura 39.- Sistema tradicional de explotación en la mina Goonyella.

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Figura 40.- Sistema de explotación simplificado.

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Ground Conditions for Pre-stripping with Bucketdimensionamiento

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