COMPARACIN DE LA PRODUCTIVVIDAD DEL CARGADOR FRONTAL CAT 980G Y LA EXCAVADORA CAT

345BL PARA LA SELECCIN DE EQUIPO DE CARGUIO EN COMARSA

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El carguo de material en la mina Santa Rosa, se realiza mediante la contratacin de servicios a

dos empresas especializadas que consiste en el arrendamiento de equipos de carguo, los que

comprenden cargadores frontales y excavadoras de capacidades y costos distintos.

La empresa especializada POMISPA cuenta con 3 cargadores frontales CAT 980G de 4.2m de

capacidad y la empresa especializada San Simn S.A. cuenta con 5 excavadoras hidrulicas

CAT 345 BL de 2.9m de capacidad; los cuales se encuentran operativos.

De acuerdo a la operatividad de cada equipo en el carguo de material en el tajo Tentadora se

determinar la productividad en relacin a COSTO/PRODUCCIN (US$/Hr) lo que permitir

comparar y seleccionar la alternativa mas rentable.

Variable Independiente

Productividad

Variable Dependiente

Seleccin

Indicadores

Menor costo por tonelada Mayor ganancia

OBJETIVOS

Objetivos

Generales.

Determinar y comparar la productividad entre un cargador

frontal y una excavadora en trminos de costo por tonelada

para la seleccin de equipo en arrendamiento en la Mina

Santa Rosa.

Explicar y detallar las actividades y operacin del cargador

frontal y la excavadora en el ciclo de carguo de material.

Analizar los parmetros e indicadores para determinar la

produccin de los equipos en estudio.

Determinar la productividad de cada equipo y comparar

ambos para establecer la alternativa adecuada.

Objetivos

Especficos.

PRODUCTIVIDAD

Productividad es el cociente de la divisin de los recursos empleados entre la

cantidad producida, para lograr un proceso.

oducidaCantidad

eadoscursosEmplDADPRODUCTIVI

Pr

Re

La productividad tambin puede definirse como la eficiencia con que los recursos

se administran

para completar un proceso especfico, dentro del tiempo establecido y con la

calidad acordada.

CARGADOR FRONTAL

Los cargadores frontales son usados para el transporte de material fino y grueso, como

arena, tierra y rocas, son utilizados para el carguo de camiones, para la excavacin de

suelos,

explotacin minera, construccin civil, etc.

Estos equipos levantan el material, lo transportan y lo descargan en volquetes, tolvas,

depsitos o lo apilan en una cancha. Los cargadores frontales realizan la misma labor

que las palas y las

excavadoras.

EXCAVADORA HIDRAULICA

La excavadora hidrulica es una mquina que se utiliza tanto en faenas de

explotaciones mineras como en obras civiles. La potencia hidrulica es la clave de las

ventajas que ofrecen

estas mquinas. El control hidrulico de los componentes de la mquina proporciona

mayor rapidez en los tiempos de los ciclos, mejor control de los accesorios, mejor

eficiencia total,

suavidad y facilidad de operacin y un control positivo que permite una mayor precisin

en el carguo de material.

PRODUCCION DE LOS EQUIPOSPara el calculo de produccin de los cargadores y excavadoras se encuentran tablas

de los fabricantes que ayudan aplicar la formula general de produccin.

Estas tablas estn hechas con base a numerosas pruebas y bajo ciertas condiciones

ideales de operacin.

La produccin por hora se puede obtener aplicando la siguiente formula:

Donde:

Q= produccin por hora (m/hr)

q= produccin por ciclo (m)

N = numero de ciclos por hora

E = Factor de eficiencia.

qxNxEQ

Factor de eficiencia (E)

Este es un valor aproximado de acuerdo a las condiciones de la zona de trabajo.

CONDICIONES DE OPERACIN EFICIENCIA DEL TRABAJO

Buenas 83%

Promedio 75%

Moderada 67%

Deficiente 58%

La eficiencia es equivalente tanto en el

Cargador Frontal como para la

Excavadora

Produccin por cicloEs la cantidad de material cargado en un ciclo o pase.

Donde:

q= produccin por ciclo (m).

ql = capacidad colmada del

cucharn

especificaciones nominales.

K = Factor de llenado del

cucharn (tablas).

qlxKq

Nmero de ciclos

por hora

Donde :

N = Numero de ciclos por hora.

Tc= Tiempo estandar de ciclo

TcN /3600

Tablas de Factor de llenado (k)

Condiciones de operacin Observaciones

Cargue Fcil

El cargui se efectua de un arrume

de tierra o de roca ya excavada

por otro equipo

Carguo de arena, productos de

tamaos pequeos de roca triturada

Cargue

Promedio

El carguo de tierra suelta de un

arrume ms difcil que el anterior

Excavacin en tierra arenosa en estado

natural compactada

Cargue

Moderado

Se presenta dificultad para

el cucharn, puede ser roca

triturada pequea acumulada por

otra mquina

Carguo de roca pequea triturada

Cargue DifcilDificultad para llenar el

rocas grandes de forma irregularCargue de roca de voladura

Cargador Frontal

CONDICIONES DE CARGUIO FACTOR DE LLENADO

Fcil 100%-110%

Promedio 85%-95%

Moderado 80%-85%

Difcil 75%-80%

Excavadora

MATERIAL FACTOR DE LLENADO

Suelo natural arcilloso, tierra suave 100%-120%

Tierra seca, tierra arenosa 95%-110%

Suelo natural arenoso con grava 80%-90%

Roca bien fragmentada por voladura 60%-75%

Roca mal fragmentada por voladura 40%-50%

CARGUIO DE MATERIALPara esta actividad contamos con equipos de carguo de mediana productividad,

como excavadoras hidrulicas y cargadores frontales que ejecutan el carguo del

material ya sea a un carril o ambos carriles, dependiendo de las condiciones que

exija la operacin.

La incorrecta seleccin de un equipo de carguo en un frente de trabajo repercute en

el avance del planeamiento a corto plazo; esto aparte de traer como consecuencia el

no cumplimiento de la produccin mineral y desmonte, traera consigo un

incremento de los costos unitarios del carguo.

En COMARSA, se cuenta con los siguientes equipos para realizar el carguo

EQUIPOS DE CARGUIO

EQUIPO MODELO MARCA UNID. POT. PESO LONG ALT ANC. CAPAC.

HP TN M M M M3

Excavadora PC600 Komatsu 7 410 56.6 10.71 3.6 3.4 3.4

Excavadora 345BL Caterpillar 5 290 44.5 11.5 3.8 3.5 2.9

Cargador 980G Caterpillar 3 300 20.5 9.6 3.8 3.3 4.2

Cargador 980H Caterpillar 1 318 20.5 9.6 3.8 3.4 4.2

METODOLOGA

TECNICAS

Trabajo de GabineteEn esta etapa se efecta el planeamiento del trabajo, por lo que se procede a

recolectar la informacin histrica documentada que nos servir de base para

establecer parmetros y

procedimientos que tengan por finalidad la correcta recoleccin de datos en el

trabajo de campo, y con esta informacin se analizarn los datos, se interpretarn y

determinarn en forma cuantitativa los resultados que nos brindaran las

conclusiones de la investigacin.

ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS EQUIPOS

Cargador Frontal CAT 980G

ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS (muestra)

EQUIPO MODELO MARCA POT. (HP)PESO

(TN)

LONG.

(m)ALT (m) ANC. (m) CAP.

Cargador 980GCaterpill

r300 20.5 9.6 3.8 3.3 4,2

Excavadora CAT 345BL

ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS (muestra)

EQUIPOMODELO

MARCAPOT. (HP) PESO

(TN)

LONG.

(m)ALT (M) ANC. (m) CAP.

Cargador 980GCaterpill

r290 44.5 11.5 2.8 3.5 2.9

CALCULO DE LA PRODUCTIVIDAD NOMINAL DEL

CARGADOR FRONTAL CAT 980G

a) Clculo del nmero de ciclos por hora (N)

Tc = Tiempo de ciclo estndar o nominal= 30seg

N = 3600 / 30 = 120 ciclos/hr. TcN /3600

b) Clculo de produccin por ciclo (q)

qlxKq ql = Capacidad colmada de cucharn = 4.2m

K = Factor de llenado = cargue de roca de voladura =

80%

q = 4.2 m x 0.8 = 3.4 m

c) Clculo de produccin por hora (Q)

q = Produccin por ciclo = 3.4m (*)

N = Ciclos por hora = 120 ciclos/hr (*)

E = Eficiencia = Condiciones de PROMEDIO = 75%

Q = 3.4 m/ciclo x 120 ciclos/hr x 0.75 = 302.4 m/hr

qxNxEQ

d) Clculo del Volumen In Situ de produccin

Fw = factor de esponjamiento = 0.7 (140%)

Vinsitu = 302.4 x 0.7 = 211.7 m/hr xFwVespVinsitu .

f) Clculo de la productividad

e) Clculo de Produccin por hora en toneladas.

= Densidad del material in situ = 2.5 Tm/m

Prod (Tm/hr) = 211.7 m/hr x 2.5 tm/m = 529.2 Tm/hr

PRODUCTIVIDAD = 90.6 US$/hr / 529.2

Tm/hr = 0.17 US$/Tm.

rhoraToneladapo

raCostoporhodoductivida Pr

CALCULO DE LA PRODUCTIVIDAD NOMINAL DE LA

EXCAVADORA CAT 345BL

a) Clculo del nmero de ciclos por hora (N)

Tc = Tiempo de ciclo estndar o nominal = 12seg

N = 3600 / 14 = 257 ciclos/hr.

b) Clculo de produccin por ciclo (q)

TcN /3600

qlxKq ql = Capacidad colmada de cucharn = 2.9m

K = Factor de llenado = roca bien fragmentada

por voladura = 60%

q = 2.9m x 0.6 = 1.7 m

c) Clculo de produccin por hora (Q)

qxNxEQ

d) Clculo del Volumen In Situ de produccin

xFwVespVinsitu .

q = Produccin por ciclo = 1.7m (*)

N = Ciclos por hora = 257 ciclos/hr (*)

E = Factor de eficiencia = Condiciones PROMEDIO =

75%

Q = 1.7m/ciclo x 257ciclos/hr x 0.75 = 335.6m/hr

Fw = factor de esponjamiento = 0.7 (140%)

Vinsitu = 335.6 x 0.7 = 234.9 m/hr

f) Clculo de la productividad

rhoraToneladapo

raCostoporhodoductivida Pr

e) Clculo de Produccin por hora en toneladas.

= Densidad del material in situ = 2.5 Tm/m

Prod (Tm/hr) = 234.9 m/hr x 2.5 tm/m = 587.3 Tm/hr

PRODUCTIVIDAD = 114.7 US$/hr / 587.3 Tm/hr = 0.20 US$/Tm.

Trabajo de CampoDescripcin de los mtodos de carguo

Cargador Frontal CAT 980G: Carguo a un carril

La forma general de trabajo de un cargador frontal es el siguiente: la maquina se acerca

al frente de carga con el cucharn al nivel del suelo, la cuchilla horizontal y con la

velocidad ms corta de la caja de cambios. Una vez que ha penetrado el cucharn en el

terreno se procede a la carga del mismo. A continuacin se cambia el sentido de marcha

retirndose del frente con el cucharn elevado, y en un momento dado vuelve a

desplazarse hacia delante con el fin de aproximarse al punto de vertido para depositar

la carga. La trayectoria que describe el cargador habitualmente es en forma de V.

EXCAVADORA HIDRAULICA

Tiempos de Ciclo

Normalmente el tiempo de ciclo de carguo con el cargador frontal esta dividido en

cuatro partes, y estos dependen de la distancia al frente y al volquete de acuerdo a

las condiciones de trabajo y de dimensiones de los equipos, a continuacin se

muestran los 4 tiempos fundamentales:

Carga (T-1). Desplazamiento cargado (T-2). Descarga o volteo (T-3). Desplazamiento vaco (T-4)

Excavadora CAT 345BL: carguo a dos carriles

EXCAVADORA HIDRAULICA

Tiempo de Ciclo

El tiempo del ciclo es una funcin del tipo de mquina y delas condiciones de trabajo

que incluyen el ngulo de giro, la profundidad o altura de corte.

Un ciclo se considera como el total de las operaciones de corte, en el trabajo

realizado por una excavadora se tienen cuatro tiempos:

Corte (T-1) Giro con carga (T-2) Descarga (T-3) Giro vaco. (T-4)

RECOLECCION DE DATAMediante el trabajo de campo se puede obtener la informacin necesaria para

determinar la produccin de los equipos en trminos de Toneladas / Hora. El trabajo de

campo detalla cada actividad mediante la toma de tiempos de operacin.

Programacin de EquiposPara COMARSA que trabaja con un plan de equipos de alquiler a terceros

(OUTSOURSING) se ha estimado la disponibilidad de cumplimiento de 10 horas diarias

en Mina de todo los equipos en general de las diferentes contratas.

PARAMETROS DE PROGRAMACIN 2015Descripcin Unidad ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGOS. SEP. OCT. NOV. DIC.

Das calendario das 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31

Horas calendario Hr/mes 744 672 744 720 744 720 744 744 720 744 720 744

Das programados mes das 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26

Horas programadas turno Hr/Turno 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

Nmero de turno Turno/da 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Horas programadas da Hr/da 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

Horas programadas mes Hr/mes 520 520 520 520 520 520 520 520 520 520 520 520

Horas no Programadas Hr/mes 224 152 224 200 224 200 224 224 200 224 200 224

TIEMPO Y ACTIVIDADES DEL CARGADOR

FRONTAL CAT 980G

Datos tomados en el turno N 11

(Turno A DIA) en el tajo

Tentadora.

a).- Detalles de las actividades y

demoras tpicas por turno.

b).- Acumulado de tiempos por

actividades.

TIEMPO Y ACTIVIDADES DEL EXCAVADORA CAT

345BLDatos tomados en el turno N 07 (Turno A DIA) en el tajo Tentadora.

a).- Detalles de las actividades y demoras tpicas por turno.

b).- Acumulado de tiempos por actividades.

DETERMINACION DE LA PRODUCCION DE EQUIPOSLa produccin de cada equipo se determinara a partir de la base de datos elaborada a

partir de los reportes diarios obtenidos en campo.

Los datos necesarios para esto son:

Horas efectivas y demoras (calculadas a partir de la toma de tiempos).

Numero de viajes (Reporte de acarreo, volquetes por turno Balanza)

Toneladas por turno (Reporte de acarreo, Balanza).

Con estos datos se calculara lo siguiente:

Viajes o volquetadas por hora. Produccin efectiva (toneladas por hora

efectiva).

Produccin operativa (toneladas por hora operativa).

Es muy importante determinar la produccin operativa, ya que incluye la eficiencia

de cada equipo que se refiere a la produccin por turno de 10 horas y es con este

dato que se puede establecer la productividad de los equipos.

Base de Datos del cargador frontal CAT 980G

A continuacin se muestra la base de datos obtenida en 59 turnos.

Base de Datos de la excavadora CAT 345BLA continuacin se muestra la base de datos obtenida en 59 turnos.

CALCULO DE LA PRODUCCION DE LA EXCAVADORA

CAT 345LB

Por ejemplo calculamos la produccin del turno N 01 DIA, de acuerdo a la base de

datos anterior.

a) Clculo del nmero de viajes por hora.

Viajes por hora = Viajes por turno / Hrs

efectivas.

Viajes por hora = 310 / 8 = 39 viajes/hr

b) Clculo de Produccin por hora efectiva.

Produccin por hora efectiva = Produccin por turno / Horas efectivas

Produccin por hora efectiva = 6944 / 8 = 868 Tm/hr

c) Clculo de Produccin por hora operativa.

Produccin por hora operativa = Produccin por turno / horas operativas.

Produccin por hora operativa = 6944 / 10 = 694 Tm/hr.

De los datos calculados para cada turno se tiene el siguiente cuadro:

INSTRUMENTOSCostos de ArrendamientoEn el costo de arrendamiento de equipos de carguo la compaa y las empresas

especializadas establecieron costos de alquiler de equipo basados en el consumo

de combustible, esta informacin es indispensable para la determinacin de la

productividad de los equipos en estudio, ya que hallando la produccin en

toneladas por hora promedio y con estos costos se podr determinar el costo por

tonelada promedio, y ser el indicador con el cual se realizar la comparacin.

COSTO DE ARRENDAMIENTO

Equipo Contrata Unidad Costo/hora

PC600 (Excavadora) POMISPA US$/Hr 135

345BL (Excavadora) SAN SIMON US$/Hr 114.7

980G (Cargador F.) POMISPA US$/Hr 90.6

Volquete FM-12 15m3 Todas US$/Hr 34.6

VolqueteNL-12 15m3 Todas US$/Hr 34.6

Productividad Nominal de los EquiposLos resultados obtenidos previamente en el clculo de la productividad nominal nos

permite hacer una comparacin que nos servir de instrumento y gua en los

resultados que se obtendrn de acuerdo a los datos de campo.

Como se muestra en el siguiente cuadro, nominalmente el cargador tiene mayor

productividad que la excavadora, siendo la diferencia en costos de 0.03US$/tm

PRODUCTIVIDAD DEL CARGADOR EXCAVADORA CAT 345LB

DATOS

Capacidad de cuchara 4.2 m3 Capacidad de cuchara 2.9 m3

Tiempo de ciclo 30 seg Tiempo de ciclo 14 seg

Factor de llenado 80 % Factor de llenado 60 %

Eficiencia 75 % Eficiencia 75 %

Densidad In Situ 2.5 tm/m3 Densidad In Situ 2.5 tm/m3

Factor de esponjamiento 0.7 140% Factor de esponjamiento 0.7 140%

RESULTADOS

Produccin por ciclo 3.4 m3/ciclo Produccin por ciclo 1.7 m3/ciclo

Ciclos por hora 120 ciclo/hr Ciclos por hora 257.1 ciclo/hr

Produccin por hora 302.4 m3/hr Produccin por hora 335.6 m3/hr

Material esponjado 302.4 m3/hr Material esponjado 335.6 m3/hr

Material In Situ 211.7 m3/hr Material In Situ 234.9 m3/hr

Tonelaje por hora 529.2 Tm/hr Tonelaje por hora 587.3 Tm/hr

Costo por hora 90.6 US$/hr Costo por hora 114.7 US$/hr

PRODUCTIVIDAD 0.17 US$/Tm PRODUCTIVIDAD 0.2 US$/Tm

Estadstica descriptiva de datos

CARGADOR FRONTAL CAT 980G EXCAVADORA CAT 345LB

Horas Operativas 10 hrs Horas Operativas 10 hrs

Horas Efectivas 6.78 hrs Horas Efectivas 7.21 hrs

Horas en demoras 3.22 hrs Horas en demoras 2.79 hrs

Eficiencia 67.80% % Eficiencia 72.10% %

Produccin Efectiva 775.71 Tm/hr Produccin Efectiva 833.47 Tm/hr

Produccin Operativa 526.98 Tm/hr Produccin Operativa 602.14 Tm/hr

A partir de la informacin tomada en campo y sus respectivos clculos de

produccin, se obtiene el PROMEDIO de los valores en los 59 turnos.

Estos valores promedio de produccin se evaluaran de acuerdo al costo de

arrendamiento y se determinara la productividad de cada equipo.

Grfico comparativo de la eficiencia de equipos

RESULTADOS:

PRODUCTIVIDAD DE LOS

EQUIPOS, COMPARACION Y

SELECCION

PRODUCITIVIDAD DEL CARGADOR FRONTAL 980G

Costo de Arrendamiento = 90.6 US$/hr.

Produccin Operativa = 526.98 Tm/hr.

PRODUCTIVIDAD = 90.6 (US$/hr) / 526.98 (Tm/hr)

= 0.172 US$ / Tm.

PRODUCITIVIDAD DE LA EXCAVADORA CAT 345LBCosto de Arrendamiento = 90.6 US$/hr.

Produccin Operativa = 526.98 Tm/hr.

PRODUCTIVIDAD = 114.7 (US$/hr) / 602.14 (Tm/hr) =

= 0.191 US$ / Tm

COMPARACIN DE LA PRODUCTIVIDAD DE

LOS EQUIPOS

Comparando tenemos que el cargador es mas productivo ya que emplea menos

recursos (costo en US$) para el carguo de una tonelada de material.

Beneficio Econmico de la Seleccin

Una vez hecha la comparacin de la productividad, calculamos la diferencia de en

costos que ser el ahorro en dlares por tonelada.

Beneficio = Productividad Excavadora Productividad Cargador.

BENEFICIO = 0.191 US$/Tm 0.172 US$/Tm

= 0.019 US$/Tm

De acuerdo al plan de minado, cada equipo debe cumplir una produccin mnima de

5000 Tm por turno, por lo tanto el beneficio econmico por cada excavadora CAT

345BL reemplazada por un Cargador Frontal CAT 980G:

BENEFICIO POR TURNO = 0.019 US$/Tm x 5 000Tm/turno

BENEFICIO POR TURNO = 95 US$/turno.

BENEFICIO POR DIA = 95 US$/turno x 2 = 190 US$/da.

BENEFICIO POR MES = 190 US$/mes x 26 = 4 940 US$/mes.

La distribucin de equipos en el tajo tentadora nos muestra que al obtener mayor

productividad con los cargadores, podemos reemplazar las 5 excavadoras existentes

por lo que el beneficio mensual total seria :

EQUIPOS DE CARGUIO - TAJO TENTADORA

MARCA UNID. POT. PESO LONG ALT ANC. CAPAC.

HP TN M M M M3

Caterpilla 5 290 44.5 11.5 3.8 3.5 2.9

Caterpilla 3 300 20.5 9.6 3.8 3.3 4.2

BENEFICIO TOTAL POR MES = 4 940 US$/un. x 5 un.

= 24 700 US$

Como resultado de los beneficios econmicos, la seleccin esta a favor de los

cargadores frontales CAT 980G los cuales deben reemplazar las excavadoras CAT

345BL.

CONCLUSIONES Para determinar la produccin y la eficiencia de los equipos de carguo, es muy

importante tener un control detallado de los tiempos de cada actividad realizada

durante el turno de operacin, y a la vez clasificarlas en horas efectivas y

demoras. La eficiencia de operacin no siempre determina la seleccin del equipo

conveniente, por lo que es de suma importancia calcular la productividad; que

mediante un anlisis de costos produccin nos permita comparar dos equipos.

Las excavadoras CAT 345BL en el tajo Tentadora, deben ser reemplazadas porcargadores frontales CAT 980G ya que representaran un ahorro de 24 700 US$

mensuales para las operaciones de carguo en este tajo.

RECOMENDACIONES

El control de las operaciones de carguo debe ser supervisada constantementepara disminuir las demoras y riesgos; y principalmente debe enfocarse en la

capacitacin continua de los operadores de equipo pesado, ya que el recurso

humano es pieza fundamental en la productividad de los equipos.

Si bien cada operacin minera es muy particular en sus condiciones, serecomienda que en el caso de Comarsa, el cargador frontal CAT 980G da mejores

resultados econmicos que la excavadora CAT 345BL por lo tanto deben

contratarse los servicios de la empresa especializada POMISPA para el

arrendamiento de 5 cargadores mas que reemplacen las excavadoras.