AUXILIAR N 5: DIMENSIONAMIENTO EQUIPOS SUBTERRÁNEOS

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1 AUXILIAR N 5: DIMENSIONAMIENTO EQUIPOS SUBTERRÁNEOS Mi5073-Planificación Minera Profesor de Cátedra: Juan Luis Yarmuch Profesores Auxiliares: Gabriela Bravo Bárbara Jiménez Diego Olivares José Riquelme

2 Contenidos Dimensionamiento de correas Cálculo potencia requerida Dimensionamiento de Skips Cálculo potencia requerida Dimensionamiento de Locomotoras

3 Dimensionamiento de Correas Sistema de transporte continuo de mineral, que cuenta con mantenciones cuidadosamente programadas para minimizar la interferencia en la operación. Utilizado comúnmente para distancias sin mayor inclinación (inclinación máxima 15 ). Aunque existen correas especiales que pueden trabajar con mayor pendiente. Como principal desventaja es que poseen un límite de granulometría a trasportar. Existen faenas que han instalado generadores para aprovechar la energía cuando se tiene una pendiente a favor.

4 Dimensionamiento de Correas Se desea diseñar una correa de 500 [m] de largo para cumplir con un ritmo de producción de tpd. Se tiene una etapa previa de chancado. Se tiene una pendiente en contra de 2%. Considere densidad aparente de mineral de 1.8 [t/m3]. Considere un F100 de 25 [cm]. Determinar dimensiones y capacidad de la correa para cumplir con lo requerido y su costo energético de operación.

5 Dimensionamiento de Correas Ancho correa Anco correa > F100 3,5 Anchos disponibles en el mercado: 18, 24, 30, 36, 42, 48, 54 y 60 Velocidad máxima [ft/min] Mineral Ancho Correa Granulometría Abrasividad Colpas gruesas Distribuida moderada aguda moderada aguda Se aproximar la velocidad real como la velocidad máxima 50 [ft/min]

6 Dimensionamiento de Correas Capacidad correa Ángulo de sobrecarga También se puede usar la siguiente regla: ángulo de sobrecarga = angulo de reposo 15

7 Dimensionamiento de Correas Ángulo de acanalamiento CAPACIDAD [Tc/h] ANCHO CORREA ["] Ángulo de sobrecarga Acanalamiento 20 Acanalamiento 35 Acanalamiento Esta capacidad esta calculada para mineral con densidad aparente de 100 [lb/ft3] y velocidad de correa de 100 [ft/min], por lo que debe ser ajustada a la densidad aparente y velocidad presente un factor. Factor = Velocidad real correa Velocidad correa tabla Densidad aparente mineral Densidad aparte tabla

8 Dimensionamiento de Correas Capacidad requerida Velocidad real Capacidad requerida tc Ritmo producción [tpd] = 24 t 0,907 d tc Se puede ajustar la velocidad de la correa para ser mas eficientes en el proceso en caso de que la capacidad de la correa sea mucho mayor a la requerida, aun que no se debe olvidar dar cierta holgura al sistema, por ejemplo considerando factores operacionales al calcular la capacidad de correa. Velocidad requerida ft min ft Velocidad correa = min capacidad correa tc capacidad requerida tc

9 Dimensionamiento de Correas Cálculo de Potencia requerida En primer lugar se calculamos las tensiones nominales en las dimensiones x,y,z, y la tensión: Tx = Fx Lc W Ty = 0,04 Lc Q Tz = H Q Tr = 0,05 (Tx + Ty + Tz) TE = Tx + Ty ± Tz + Tr Tx = Tensión para mover la correa vacía [lb] Ty=Tensión para mover horizontalmente la carga [lb] Tz=Tensión para subir o bajar la carga [lb] Tr= tensión por roce de los polines [lb] TE=Tensión Efectiva del sistema [lb] Lc: Largo correa [ft] W: Peso partes móviles [lb/ft] H: Altura [ft] Q: peso mineral [lb/ft] Fx: Coeficiente adimensional que depende de la temperatura

10 Dimensionamiento de Correas Fx, se determina a partir de la siguiente tabla. T[F] T[ C] Fx < 0 < -17,8 0, (-17,8) - (-6,7) 0, (-6,7) - (7,2) 0,04 > 45 > 7,2 0,03 W, se puede estimar en la siguiente tabla.

11 Dimensionamiento de Correas Q, peso mineral. Q = 33,3 Gs[tc ] V[ ft min ] Donde Gs es la capacidad procesada. Gs tc Ritmo producción [tp] = 0,907 [ t tc ] Por último la Potencia del motor. HP = TE[lb] V[ ft min ] η Con η eficiencia del motor (valores típicos entre 70%-95%)

12 Dimensionamiento de Correas Costos de Instalación Componentes mecánicos, estructura y construcción Preparación de terreno (16-32 [US$/m]) Equipo eléctrico (15% costos correas) Costos techo ( [US$/m]) para condiciones extremas Costos de operación y mantención Costo mano de obra (~1 operador cada [m]) Costo energía (potencia del motor) Costo mantención y reparación (2-4% costo de inversión)

13 Dimensionamiento de Correas Estimación costos de instalación

14 Dimensionamiento de Correas Estimación costo motor y accesorios

15 Dimensionamiento de Skips Los skips son un sistema de traspaso vertical, el cual opera en ciclos. Además de su uso para el trasporte de mineral, también se le dan diversos usos como el trasporte de personal, insumos y estéril.

16 Dimensionamiento de Skips Elementos de trasporte: Un elemeto Dos elemetos (skip+jaula ó 2 skip-koepe) Elemento + Contrapeso Tipo recipiente Balde cónico Skip automático Jaula de trasporte para personal

17 Dimensionamiento de Skips Al yacimiento anterior se puede acceder de manera vertical, recorriendo una distancia de 200 [m]. Por lo que se desea evaluar alternativamente la extracción mediante el uso de skips (ritmo [tpd]). Determinar dimensiones y capacidad de skip para cumplir con lo requerido, y su costo energético de operación.

18 Dimensionamiento de Skips Inputs Vmax 15 [m/s] a 0.61 [m/ss] r 0.76 [m/ss] T carga 90 [s] T descarga 20 [s] Capacidad 30 [t] Factor Llenado Esponjamiento 25% FO 80% DM 80% Utilización 85%

19 Dimensionamiento de Skips Tiempo de ciclo Tiempo de ciclo s = V max 1 2a + 1 2r + L V max + t carga + t descarga V max : Velocidad máxima del skip a: aceleración skip r: desaceleración skip L: altura que sube el skip t carga : tiempo de carga del skip t descarga : tiempo de descarga del skip

20 Dimensionamiento de Skips Rendimiento Número de ciclos: N de Ciclos ciclos = 3600 Tiempo de ciclo s Capacidad efectiva: Ceff[t] = C real t F[%] Rendimiento nominal: Rendimiento Nominal tp = N de Ciclos[ ciclos ] Ceff[t] Rendimiento Real: ε: Esponjamiento Creal: capacidad real F: Factor de llenado FO: Factor operacional DM: Disponibilidad mecánica U: Utilización Rendimiento nominal tp = Rendimiento Nominal tp FO[%] DM[%] U[%]

21 Dimensionamiento de Skips Flota Hoists N de Hoists = entero superior T [tpd] Rendimiento t día Es importante notar previamente si se esta utilizando uno o dos baldes para trasportar mineral, debido a que en el segundo caso, se duplicaría el rendimiento, a causa si, de un aumento en el diámetro del pique he inversión dado el modelo de skips utilizado.

22 Dimensionamiento de Skips Consumo de energía (Sistema sin contrapeso) Carga (P): P t = Producción requerida [tp] Tiempo de ciclo [] Peso skip (Wskip): W skip = 0,5 P ó W skip = 5 P 8

23 Dimensionamiento de Skips Peso cable (Wcable): W cable kg m = P 1 + W skip 1370 Ls P 1 + W skip Ls Si L < 1370 m Si L > 1370 m Largo máximo del cable a ser suspendido Ls = 5 Diámetro tambor (Dt): 60 Dc Si Dc < 25 [mm] Dt mm > 80 Dc Si Dc > 25[mm] 100 Dc Cable tipo locked colled Dc: Diámetro del cable [mm]

24 Dimensionamiento de Skips Potencia del Motor Carga t Velocidad[pies HP = min ] 2000 k

25 Dimensionamiento de Skips Potencia Motor considerando carga dinámica EEW[lb] Velocidad[pies HP = min ] k

26 Dimensionamiento de Skips Tiempos de mantención Pique/skip/cable: 1,5 h/semanal Poleas: 0,5 h/semanal Tambor: 1,5 h/semanal Mantención cable: 4 h/mensual Test electromagnéticos: 4 h/trimenstral Funcionamiento típico de skip del orden del 70% - 90% de tiempo.

27 Dimensionamiento de Locomotoras Para determinar las características de la locomotora necesarias para cumplir con los requerimientos del proyecto, es necesario calcular las resistencias que experimenta esta para ponerse en movimiento. Además, se debe calcular la fuerza de arrastre que genera la locomotora. Siendo P el peso de la locomotora [tc], se cumple la siguiente sumatoria de fuerzas: F arrastre Pesototal = R r + R p locomotora + carros +R c locomotora + carros + R af

28 Dimensionamiento de Locomotoras Calcule el tamaño de una locomotora necesaria para cumplir con la producción mencionada anteriormente ( tpd). Los datos que se tienen son los siguientes: N carros 8 Capacidad carros 60 [tc] Peso carros 10 [tc] Radio curvatura Distancia entre ejes Aceleración máxima 500 [pies] 10 [pies] 0.1 [mph/s] Velocidad máxima 31 [mph] Área frontal 20 [pies^2] Velocidad media 24.8 [mph] Número ejes 10 Pendiente 1 [%] Adhesión 20 [%] Trocha 4 [pies]

29 Dimensionamiento de Locomotoras Resistencia a la Rodadura o Friccional Resistencia en la locomotora lb 29 R r = 1,3 + tc P Resistencia en los vagones lb 29 R r = 1,3 + tc P Donde: P: Peso de locomotora o carros [tc] N: Número de ejes V: Velocidad máxima [mph] A: Área frontal [pies 2 ] + 0,03 V + 0,0024 A V2 P N + 0,045 V + 0,0005 A V2 P N

30 Dimensionamiento de Locomotoras Resistencia a la Pendiente Donde: G[%]: Pendiente Resistencia a la Curvatura Donde: R p lb tc R curvatura = r: radio de curvatura [pies] B: trocha [pies] K: distancia entre ejes lb = 20 G tc 225 B + K r

31 Dimensionamiento de Locomotoras Resistencia a la Aceleración Ra y Frenado Rd Donde: A: Aceleración [mph/s] R a = 100 A lb tc

32 Dimensionamiento de Locomotoras Fuerza de arrastre de la locomotora y adhesión F arrastre lb = ( %adesión ) P 100 locomotora [tc] 2000 lb tc

33 Dimensionamiento de Locomotoras Potencia locomotora Potencia tren HP = F arrastre Velocidad 375 La potencia requerida por el generador viene está dada por: Potencia generador [HP] = Potencia tren Eficiencia