Fajas Transportadoras En Mineria 4u45u

FAJAS TRANSPORTADORAS EN MINERIA

1. FUNCIONAMIENTO. Una faja transportadora es una máquina diseñada para el transporte de objetos (minerales, materiales empleados en construcción, etc) a grandes distancias. Cabe destacar que la faja transportadora tiene la facilidad de adaptación al terreno, gran capacidad de transporte. Las bandas transportadoras permiten ahorrar costos en mano de obra, tiempo en los procesos. La faja trasportadora está formada por dos peleas que mueven una cinta transportadora continua. Dichas poleas son movidas por motores, haciendo girar la cinta transportadora y así lograr transportar el material depositado en la cinta, banda o faja al lugar deseado. La carga y descarga se efectúa en los extremos de la faja transportadora pero también es posible hacerlo desde cualquier punto a lo largo de su longitud mediante los dispositivos adecuados. Cargas pueden usarse tolvas, descarga se efectúa en la cabeza y si se quiere efectuar la descarga en cualquier punto puede usarse los trippers.

Fig. 01: Tripper.

2. COMPONENTES Y CARACTERISTICAS La faja trasportadora está compuesta de los siguientes elementos.

Fig 02: Componentes de la máquina transportadora.

a) Estructura soportante Compuesta por perfiles tubulares o angulares, formando en algunos casos verdaderos puentes que se fijan a su vez en soportes o torres estructurales apernadas o soldadas en una base sólida.

Fig 03. Estructura soportante.

b) Banda transportadora La banda es uno de los elementos más importantes de toda la instalación y se le puede considerar como el elemento principal, pues tiene que ser capaz de cumplir las siguientes funciones: - Absorber las tensiones desarrolladas en el arranque. - Transportar la carga. - Absorber la energía de impacto en el punto de carga. - Resistir a los efectos de temperatura y agentes químicos (calor, aceite y la grasa que contiene los materiales, acidez, etc). - Cumplir con los requisitos de seguridad como la resistente al fuego. Tipos de Bandas • Lisas: Para transporte horizontal y con un pequeño ángulo de inclinación. • Nervadas: Para instalaciones de elevado ángulo de inclinación las cuales evitan el retroceso o caída del producto transportado. • Rugosas: Sirven para incrementar el coeficiente de adherencia de los materiales transportados, pudiendo funcionar tanto en plano horizontal como inclinado.

Fig 04: Banda lisa.

Fig 05. Banda nervada.

Fig. 06: Banda rugosa.

c) Rodillos El otro componente que en orden de importancia influye en la vida del rodillo, es el sistema de juntas de estanqueidad, pues de la eficacia de esta depende la mayor o menor contaminación de la grasa lubricante. En cuanto a los tipos de rodillos, se puede decir que hay tres tipos fundamentales:   

Rodillos cilíndricos con la superficie exterior lisa, tal como la obtenida mediante el empleo de tubos de acero. Rodillos cilíndricos recubiertos de goma, adecuados para soportar impactos pequeños. Rodillos cilíndricos de aros de goma, si se montan en los rodillos portantes pueden soportar grandes impactos, usados en la zona de carga. Si se montan en la zona de retorno, deben ser adecuados para facilitar la limpieza de la banda.

Disposición de los rodillos: Disposición rígida en el ramal superior:  Un solo rodillo.  Dos rodillos situados en V.  Tres rodillos situados en forma de artesa.  En Guirnalda: La disposición en guirlanda consta de tres o cinco rodillos enlazados mediante articulaciones en los extremos de los ejes, formando una guirnalda. La posición de equilibrio que adoptan los rodillos es una poligonal y la sección de transporte es aproximadamente constante. Dentro de este tipo existen variantes con articulaciones en los ejes, las cuales se deslizan en el interior del cuerpo del rodillo. Con ello se logra una artesa de sección variable en función de la carga.  En Catenaria: Esta disposición consta de varios rodillos de corta longitud, enlazados mediante un eje flexible (cable de acero), cuya posición de equilibrio es aproximadamente el de una catenaria.

Fig.07: Rodillos o polines.

d) Tambores Aunque estos componentes son sencillos, su forma constructiva y materiales han ido evolucionando en el transcurso del tiempo. Desde el punto de vista de las funciones a desempeñar se clasifican los tambores en dos grandes grupos: Los motrices, encargados de transmitir las fuerzas tangenciales a la banda, y los no motrices, los cuales realizan un cambio de trayectoria de la banda. Tambor motriz La fricción entre la banda y este tambor es la encargada de transmitirle la potencia y el movimiento al sistema. A través de diferentes mecanismos el conjunto motor–reductor de velocidad transmite el movimiento al tambor de accionamiento y este a la banda “por fricción”. Resulta fundamental la adherencia que se logre entre banda y tambor y esto constituye de por sí la base del cálculo del sistema. Se debe tener en cuenta que a mayor arco de abrace de la banda sobre el tambor mayor será la fuerza/potencia trasmitida a la cinta; este punto tiene mucha importancia en el cálculo del sistema en cuanto a la definición de la potencia necesaria para el movimiento y las características de la banda.

Fig.08: Tambor motriz.

Tambor de Reenvío Es el tambor que se encuentra en el extremo opuesto del sistema de transporte respecto al tambor de accionamiento. Por regla general se lo denomina también tambor de cola. Su función es la de permitir el retorno de la banda una vez que esta terminó el recorrido en el tramo portante. Normalmente es del mismo diámetro que el tambor de accionamiento, valor que debe ser tenido en cuenta en el momento de selección de la banda, dado que cada tipo-diseño de banda acepta un diámetro mínimo de tambor (esto es válido tanto para un tambor como para el otro). En sistemas de transportes livianos es frecuente el uso de tensores a tornillo los cuales son aplicados sobre el eje del tambor de reenvío, siendo éste deslizante sobre la estructura.

Fig.09: Tambor de reenvío.

Tambor del Sistema Tensor Son de uso casi excluyente en sistemas de transporte pesados y grandes distancias entre centros. Toda banda posee un coeficiente de estiramiento inelástico, inherente a la misma y que debe venir indicado por el fabricante. Este estiramiento debe poder ser absorbido por el sistema tensor, mientras más larga es la cinta, mayor será el recorrido del sistema tensor para compensarlo, si no se compensa la banda pierde tensado y se corre el riesgo de que se produzca resbalamiento. Por lógica poseen mucho mayor recorrido los tensores automáticos o por gravedad que los de tornillo indicados en párrafos anteriores. No obstante, siempre debe dimensionarse tanto el recorrido necesario como así también calcularse el peso del contrapeso del sistema tensor para poder lograr su cometido. Los tambores tensores son los componentes principales de estos tipos de sistemas automáticos o por gravedad y deben reunir todos los requisitos indicados para los tambores mencionados en puntos precedentes. Es el tambor tensor el que soporta el contrapeso sobre su eje, el sistema consta además de otros dos tambores fijos, denominados de desvío que son los que encausan a la cinta para la entrada y la salida del sistema. El lugar de ubicación de este tipo de tensores automáticos (por gravedad es en puntos normalmente más cercanos al tambor de accionamiento. (sobre el tramo de retorno).

e) Equipos de limpieza Raspadores o Rascadores Los más comunes son los constituidos por una lámina de goma maciza tomada de un bastidor y en o con la banda presionando sobre ella por debajo del tambor de accionamiento y antes de que la misma se separe de aquel. Estas láminas no deben poseer insertos de tela y deben contar con perforaciones oblongas en el sitio donde se unen al bastidor para permitir acercarlas o alejarlas de la banda según la necesidad. Un poco más sofisticados son aquellos raspadores montados sobre un contrapeso de modo que mantengan una presión constante sobre la cinta. Existe un tercer tipo de raspador que es aquel que está constituido por un cepillo rotativo, ubicado en el mismo lugar que los anteriores. Este cepillo rotativo puede ser de cerdas de nylon o de láminas de goma; ambos tipos pueden girar acompañando el sentido de marcha de la cinta en el punto de o o pueden estar motorizados y girar en sentido contrario provocando una acción más efectiva de limpieza.

Fig.10: Rascadores.

Deflectores Es el sistema utilizado para la limpieza de la cara inferior de la banda y consiste en un faldón inclinado respecto al eje de la cinta. Dicho faldón es normalmente de goma y corresponden las mismas consideraciones que para las láminas de los raspadores. Se encuentra ubicado generalmente antes del tambor de reenvío (que es donde se presentan los problemas con la presencia de cuerpos extraños sobre la cara inferior de la banda). Una variante de estos deflectores son los que poseen forma de "V" con su vértice ubicado sobre el eje de la cinta y orientado hacia el lado opuesto al tambor de reenvío, estos también son faldones de goma con las mismas consideraciones anteriores.

Fig.11: Deflectores

3. FALLAS a) Falla en la faja trasportadora 

Análisis de falla de los cambios irreversibles en la construcción de la faja transportadora de goma-textil dañada por el borde afilado impacto material. (Artículo de la revista Engineering failure analysis,publicada el 06 de Febrero del 2014)

Las fallas por impacto se dan con pequeños defectos superficiales Para conocerlas fue necesario controlar las interacciones entre la carga del material y los cambios producidos en la estructura de la faja trasportadora. Para ello se investigó la influencia de la energía de caída sobre la degradación de las propiedades mecánicas de la faja transportadora mediante Rayos X (metromografías computarizadas-Método no destructivo) A continuación, se presenta la estructura interna de la faja.

Fig.12: Estructura interna de la faja.

Procedimiento

Fig.13: Esquema de trabajo.

Se simulan las condiciones reales en el laboratorio y en cada carga de la cinta se realiza un análisis de inspección simple y otro por rayos X para ver los cambios internos en la estructura de la faja, se repite el proceso hasta la destrucción del trozo de faja a estudiar. Para obtener las condiciones del material del impacto (peso, altura (1.6m-1.8m) y tamaño) se realizó mediante las condiciones de perforación de la faja. El primer registro de datos está en función al material de impacto (tiempo, altura, fuerza de impacto) El segundo registro está en función de los cambios estructurales de la faja transportadora por rayos x.

Primero se realiza un análisis de la faja de tipo P2500 4+1,8+4A de Caucho-textil cuando la altura del martillo es de 1.6m y su peso es de 82kg, para así determinar la fuerza de impacto.

Fig.14: Secuencia de daños de la faja transportadora. (H=1.6m , W=82kg)

Fig.15: Cambios de energía relacionados con la caída del martillo y los rebotes sobre la faja.

Luego se realizó un análisis de la faja de tipo P2500 4+1,8+4A de Caucho-textil cuando la altura del martillo es de 1.8m y su peso es de 82kg, para así determinar la fuerza de impacto.

Fig.16: Secuencia de daños de la faja transportadora. (H=1.8m , W=82kg)

Fig.17: Cambios de energía relacionados con la caída del martillo y los rebotes sobre la faja.

A continuación, se muestra una tabla de resultados para otras alturas.

Tabla 01. Lista de resultados de otros experimentos realizados.

Las siguientes imágenes muestran como se ve afectada la estructura interna de la faja tras el impacto para ciertas alturas, con ayuda de Rayos X.

Fig.18: Se muestra la tomografia computarizada de una faja sometida a un impacto a una altura de 1.9m (190/1).

Fig.19: Se muestra la tomografía computarizada de una faja sometida a dos impactos a una altura de 1.9m (190/2).

Fig.20: Se muestra la tomografía computarizada de una faja sometida a un impacto a una altura de 2.0m (200/1).

Fig.21: Se muestra la tomografía computarizada de una faja sometida a dos impactos a una altura de 2.0m (200/2).

Fig.22: Se muestra la tomografía computarizada de una faja sometida a un impacto a una altura de 2.2m (220/1).

Conclusión El deterioro estructural de la faja transportadora es causado por la combinación de factores relacionados con el material a transportar (altura de impacto, peso del material, número de impactos en la misma zona) se basa en la altura de carga y para modificar la fuerza de impacto del material puede ser de ayudar máquinas trituradoras.

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Análisis de falla de la faja transportadora respecto a la carga de impacto por medio del coeficiente de amortiguación. (Artículo de la revista Engineering failure analysis,publicada el 16 de Junio del 2016)

Este artículo parte de la hipótesis de que el análisis del proceso de impacto se basa en que el movimiento del material de carga que cae sobre la faja transportadora y luego rebota es similar al movimiento armónico de amortiguación. Esto se puede verificar mediando el modelo del coeficiente de amortiguamiento, realizando un experimento considerando los respectivos parámetros de entrada para el impacto (peso, altura) Para plantar este modelo se realiza un análisis de regresión múltiple así se plantea describir el proceso de impacto. Procedimiento Se cuenta con un sistema hidráulico para fijar la correa y otro para tensionarla durante la prueba, y un equipo de escáner laser para grabar la caída del martillo y registrar el tiempo. El peso del martillo para la prueba será de 50-100kg, la cabeza del martillo tendrá forma cono. La altura de caída será hasta de 2.6 m El tipo de faja será P2500/4 + 1;8 + 4A con dimensionamientos de 1.2m de largo y 0.15m de ancho.

Fig.23: Equipo hidráulico para la prueba.

Tabla 02. Propiedades de la faja de Caucho-Textil.

Fig.24: Cabeza del martillo.

Tras la realización de la prueba se detectaron los siguientes daños en la faja.

Fig.25: Daño la faja trasportadora producto del impacto.

En la imagen anterior se puede mostrar 4 tipos de daños. En “a” el daño se presenta en la cubierta superior. En “b” el daño se presenta en la capa interior y carcasa. En “c” el daño se presenta de capa superior a la carcasa. En “d” el daño se presenta en la cubierta inferior.

Del movimiento armónico se sabe:

Fig.26: Muestra la oscilación armónica correspondiente a la expresión 𝑦 = 𝐴0 𝑒 −𝑏𝑡 𝑐𝑜𝑠⁡(𝜔𝑡 + 𝜙)

De los resultado de la simulación de la prueba realizada, en donde en “A” se realiza antes del daño en la faja, mientras que en “B” la faja fue dañada.

Fig.27: Muestra el comportamiento de las oscilaciones con o sin rodillos para alturas de 1.6m y 1.8m, peso del martillo 100kg

Para la regresión múltiple:

Fig.28 Muestran las oscilaciones con y sin rodillos a una altura de 1.4m y 80kg de peso en el martillo.

De la prueba antes mencionada en la imagen anterior se tiene:  Sin rodillos:

Fig.29: Resultados de la relación del coeficiente de amortiguamiento para las diferentes alturas (50m-100m) sin rodillos.

El coeficiente en este caso oscila entre 0.63 y 1.19 sin rodillos, lo que nos lleva a la siguiente expresión: 𝑏 = 2.467 − 0.023𝑚 − 0.515ℎ + 9 ∗ 10−5 𝑚2 + 0.002𝑚ℎ + 0.062ℎ2

 Con rodillos:

Fig.30: Resultados de la relación del coeficiente de amortiguamiento para las diferentes alturas (50m-100m) con rodillos.

El coeficiente en este caso oscila entre 1.07 y 1.59 con rodillos, lo que nos lleva a la siguiente expresión: 𝑏 = 3.204 − 0.017𝑚 − 1.467ℎ + 9 ∗ 10−5 𝑚2 + 0.411ℎ2

Conclusiones: Con rodillos: El sistema de amortiguamiento aumenta, por ende, aumenta el coeficiente, pero produce desgaste de la cinta y el daño en la faja por impacto es menor. Sin rodillos: El sistema de amortiguamiento disminuye, por ende, disminuye el coeficiente, pero produce un desgaste menor en la cinta y el daño en la faja por impacto aumenta. Entonces, la resistencia de impacto y el coeficiente de amortiguamiento son indirectamente proporcionales.

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Análisis de falla respecto al efecto del número de rodillos transportadores de una faja trasportadora en la zona de impacto. (Artículo de la revista Engineering failure analysis,publicada el 27 de Febrero del 2017)

Las fajas a menudo son seriamente dañadas cuando se realiza la carga de objetos pesados. El fallo más común es la perforación de la faja debido al impacto entre la carga y la faja. El lugar más tenso que se da en la faja producto del impacto es la que absorbe la energía de la carga. La investigación consiste en analizar el número de rodillos que debe tener la faja trasportadora para evitar su deterioro por el impacto de la carga y así prolongar su vida útil. El estudio se realizó para una carga de 500Kg a 4m de altura. Procedimiento:  Pre-proceso: Se definen las propiedades de los materiales de todos los elementos (la faja por método biaxial)  Post-proceso: Se analisis de semejanza, llevando a la faja seleccionada a las condiciones correspondientes material de faja y la carga Pre-proceso: A una porción de la cinta se le aplico el método de tensiones biaxial

Fig.31: Método de tensión biaxial aplicado a la muestra de baja transportadora.

o o o o

Tejido de goma: Tracción simple -> tensión-deformación para carga y descarga Capa textil: Tracción simple -> tensión-deformación solo la fase de carga capa textil de carcasa: Tracción simple -> tensión-deformación, fase carga y descarga Toda la faja: Ensayo de tracción y otro de 3 puntos de flexión

Fig.32: Capas de la faja transportadora.

Post-proceso: El post proceso se lleva a cabo utilizando simulaciones con métodos finitos para ello se proponen consideran las características reales del proceso: -

Rigidez del rodillo: K=3128𝑁𝑚𝑚−1 (Acero), diametro:197mm Soporte: Fundición de acero

La simulación se realizará para dos casos, el primero con 4 rodillos de amortiguación para la descarga con una distancia entre ejes diametrales de 797mm el segundo se hizo con 10 rodillos en la zona de impacto con una distancia entre ejes diametrales de 411mm o

Caso 1: Con 4 rodillos de amortiguación, distancia entre eje 797mm.

Fig.33: Mapa de deformación inicial de las capas de la baja transportadora en las diferentes fases del impacto para 4 rodillos de amortiguación.

Fig.32: Representación gráfica de la relación de energía de deformación absorbida por la faja transportadora y los 4 rodillos en el tiempo de impacto.

o

Caso 2 Con 10 rodillos de amortiguación, distancia entre ejes 411mm.

Fig.35: Mapa de deformación inicial de las capas de la baja transportadora en las diferentes fases del impacto para 10 rodillos de amortiguación.

Fig.36: Representación gráfica de la relación de energía de deformación absorbida por la faja transportadora y los 10 rodillos en el tiempo de impacto.

Conclusiones: Se afirma que el utilizando una construcción de mayor número de rodillos en la zona de carga de la faja trasportadora, reduce la energía de deformación absorbida por la faja transportadora y al mismo tiempo la energía de deformación absorbida por los rodillos amortiguadores.

b) Falla en rodillos