Facultad de Ingeniería.Escuela de Geología, Minas y Geofísica.

Departamento de Minas.Ingeniería Eléctrica (2541).

Prof. Alonzo Azocar.

Maquinas Eléctricas y Clasificación Maquinas Eléctricas Rotativas.“Equipos de Arranque en Minería a Cielo Abierto”

Carrero JoséOriel NavedaNéstor MontielDiego Marchan

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2Maquinas Eléctricas

Es un dispositivo que transforma la energía eléctrica

en otra energía, o bien, en energía eléctrica pero con

una presentación distinta, pasando esta energía por

una etapa de almacenamiento en un campo

magnético .

Tipos de Maquinas Eléctricas

Por Uso.

Tipo de Corriente y Funcionamiento.

Por Nivel de Potencia.

Por Frecuencia de Giro (Velocidad).

Generadores. Motores. Convertidores Electromecánicos. Amplificadores Electromecánicos

Transformadores. Maquinas de Inducción. Maquinas Síncronas. Maquinas Colectoras. Maquinas de Corriente C.C.

Micro máquinas. De pequeña potencia. De potencia mediana. De gran potencia.

De baja velocidad. De velocidad media. De altas velocidades. De extra altas velocidades.

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CLASIFICACIÓN POR USO

Generadores

Transforman la Energía Mecánica en Eléctrica.

Se instalan en CC.EE y equipos de transporte (Autos, Aviones, Barcos, etc).

En algunos casos se usan como fuentes de Energía para equipos de comunicaciones y de medición.

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“En las CC.EE centrales Eléctricas los Generadores pueden ser accionados mecánicamente por Turbinas que pueden ser a Vapor o Hidráulicas”.

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“En los equipos de transporte los Generadores son accionados mediante motores de combustión interna o turbinas a vapor”.

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Motores

Son equipos eléctricos que transforman la energía eléctrica en mecánica.

Son usados para accionar maquinas que son usados en la industria, agricultura, comunicaciones y artefactos electrodomésticos etc.

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“Trituradora de Mandíbula accionada por Motor Eléctrico” 8

Convertidores Electromecánicos

Transforman la C.A. en C.C. y viceversa, variando la magnitud de tensión (V), tanto de C.A. como C.C., frecuencia (f), número de fases y otros.

Convertidor de 12 V a 220 V

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Amplificadores Electromecánicos

Usados para el control de equipos de gran potencias, mediante señales eléctricas de pequeñas potencias. Su uso ha disminuido.

“Este dispositivo electromecánico es comandado por un circuito accionado por una bobina. Permite controlar circuitos de salida que posean mayor potencia que los de entrada, oficiando de amplificador eléctrico”.

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Transformadores

Se usan ampliamente para la variación de Tensiones.

Su uso se intensifica en las ramas de la Automática y la Electrónica.

Transformador de Alta Tensión.

Clasificación por tipo de corriente y por su funcionamiento

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Se usan como motores trifásicos y en algunos casos monofásicos.

Son confiables y de un diseño simple, lo que permite su uso en varios campos de la ingeniería.

Maquinas de Inducción.

Motor Monofásico: Es aquel que funciona tanto con corriente continua y alterna.

Motores Trifásicos: Es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica suministrada, en energía mecánica.

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Motores Síncronas

Se usan como generadores de C.A. de frecuencia industrial (50 ó 60 Hz) en las CC. EE.

Son usados en sistemas de mando eléctrico de gran potencia.

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Micro Máquinas: La potencia varía de décimas de watt hasta 500 w. Estas máquinas trabajan tanto en C.A. como en C.C.

De Pequeña Potencia: 0.5 - 10 kW. funcionan tanto en C.A. como en C.C.

De Potencia Media: 10 kW hasta varios cientos de kW.

De Gran Potencia: Mayor de 100 kW. Por lo general las máquinas de media y gran potencia funcionan a frecuencia industrial.

Clasificación por nivel de potencia 14

De baja velocidad : Con velocidad menor de 300 r.p.m.

De velocidad media : (300 - 1500 r.p.m.).

De altas velocidades : (1500 - 6000 r.p.m.).

De extra altas velocidades: (mayor de 6000 r.p.m.).

Clasificación por frecuenciade giro (velocidad)

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Máquinas eléctricas rotativas 16

Máquina rotativa elemental 17

Estructura de una máquina eléctrica

Estator de polos salientes

Estator rasurado

Rotor ranurado

Rotor de polos salientes

Rotor de jaula de ardilla

Estator

Rotor

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Estator laminado y rotor laminado

Maquina sincrónica

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Tipos de Motores eléctricos

Máquinas de corriente alterna (CA): Un motor eléctrico convierte la energía eléctrica en fuerzas de giro por medio de la acción mutua de los campos magnéticos.

Máquinas de corriente Directa (CD): El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica continua en mecánica, provocando un movimiento rotatorio.

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Máquinas de corriente alterna (CA)

Sincrónicos: Los motores sincrónicos funcionan a una velocidad sincrónica fija proporcional a la frecuencia de la corriente alterna aplicada

Asincrónicos: es una máquina de corriente alterna, sin colector, de la que solamente una parte, el rotor o el estator, está conectada a la red y la otra parte trabaja por inducción siendo la frecuencia de las fuerzas electromotrices inducidas proporcional al resbalamiento.

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Máquinas de corriente alterna asincrónicos

Motores monofásicos: Fueron los primeros motores utilizados en la industria. Cuando este tipo de motores está en operación, desarrolla un campo magnético rotatorio, pero antes de que inicie la rotación, el estator produce un campo estacionario pulsante.

•Motor de fase partida.

•Motores con arranque con capacitador.

•Motores con permanente.

•Motores de inducción- repulsión.

•Motores de polo sombreados.

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Máquinas de corriente alterna asincrónicos

Motores trifásicos: Los motores trifásicos usualmente son más utilizados en la industria, ya que en el sistema trifásico se genera un campo magnético rotatorio en tres fases, además de que el sentido de la rotación del campo en un motor trifásico puede cambiarse invirtiendo dos puntas cualesquiera del estator, lo cual desplaza las fases, de manera que el campo magnético gira en dirección opuesta.• De jaula de ardilla.• De rotor devanado

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Máquinas de corriente directa (CD)

El motor shunt o motor de excitación en paralelo es un motor eléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar.

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Máquinas de corriente directa (CD)

El motor serie o motor de excitación en serie es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de excitación o del inductor es también la corriente del inducido absorbida por el motor.

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Máquinas de corriente directa (CD)

Un motor compound (o motor de excitación compuesta) es un Motor eléctrico de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados: inducido, inductor serie e inductor auxiliar.

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Máquinas de corriente directa (CD28

Conclusiones

Las máquinas eléctricas son de suma importancia en la actualidad, debido a las diferentes aplicaciones industriales a los que son sometidas, por ello es de necesidad primordial, el conocimiento detallado de su principio de funcionamiento y se deben tomar en cuenta todas las fallas que se presentan para el correcto funcionamiento de los mismos.

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Máquina de Arranque Rotopala 30

Rotopala

Es una maquina de producción continua en la que las funciones de arranque, carga y transporte, dentro de ellas están separadas, siendo realizadas las dos primeras por el rodete y la ultima por un sistema de cintas transportadoras.Para una producción dada, las rotopalas son más pequeñas que las dragalinas o las excavadoras.Son maquinas de excavación continua, no cíclica.Tiene un consumo de energía menor del 60 al 70% des de las excavadoras con cables, por unidad producida.No generan impactos durante la carga.Poseen un radio de vertido grande.Puede operar por encima o por debajo del nivel de orugas o apoyo.El material excavado puede ser dragado sobre una gran variedad de sistemas: camiones, vagones o cintas transportadoras.Pueden trabajar con bancos de diferentes alturas.

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Tipo de rotopala según su capacidad de producción

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Desventajas de utilizar rotopalas

Requieren un mantenimiento amplio y complejo.Configuran sistemas pocos flexibles debido a su poca movilidad. Su utilización se ve muy afectada por los cambios geométricos y tectónicos del yacimiento.No pueden excavar materiales compactos abrasivos.Constituyen sistemas en los que existe una fuerte dependencia entre la posibilidad global y el número de elementos en serie que lo integran.Son equipos que requieren unas inversiones muy elevadas.

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Características generales de diseño 34

Tipos de rotopala

Compactas. Semicompactas. Convencionales.

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

Teniendo cada una de esas clases de maquinas los siguientes valores medios:

Compacta relación L/D es igual a 2. Semicompacta relación L/D es igual a 4. Convencional relación L/D es igual a 6.

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Partes de la Rotopala

Tren de rodaje

Vías

Corona de giro: corona dentada, rodamiento y piñón motriz.

Brazo de rodete

Rodete

Sistema de izado

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Tren de rodaje 37

Rodamiento38

Corona dentada 39

Brazo de rodete 40

Rodete 41

Sistema de Izado42

Dragalinas43

Las Dragalinas

Son maquina excavadora, que se emplea en minas a Cielo Abierto, donde se requiera mover gran cantidad de material.

Este equipo que puede llegar a superar las 2000 y 13000 toneladas de peso, debido a sus grandes dimensiones en algunos casos se construyen en el mismo lugar de trabajo.

Son especialmente útiles para el trabajo en lugares inundados tales como en la construcción de puertos.

Estas maquinas pueden llegar a alcanzar profundidades de hasta 250 mts y capacidades de hasta 170 metros cúbicos, todo va a depender del modelo.

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Estructura Principal

Brazo móvil o Mástil

Pala Cargadora

Cables, cuerdas y cadenas

Pies mecánicos, orugas o ruedas

Partes de la Dragalinas45

Walking Dragalines.

Tomado de: Operaciones Mineras Prof. Aurora Piña.

Marion Model 8750 walking dragline

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Tomado de: Operaciones Mineras Prof. Aurora Piña.

Crawler draglines

Dragalina sobre Oruga

Crawler dragaline P&H Model 2355

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Palas de cable eléctricas P&H

La pala de cable es uno de los equipos más utilizados en faenas mineras a cielo abierto debido a la productividad que puede alcanzar en las operaciones de carga, respondiendo a la tendencia de las empresas mineras de mover una mayor cantidad de material (mineral y estéril).

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Dimensiones del equipo49

Dimensiones del equipo50

Descripción general del equipo

Las palas de cable tienen tres secciones principales que se encuentran interrelacionadas:

Infraestructura SuperestructuraEstructuras de operación

Esta montada sobre dos carros de orugas, lo que les permite posicionarse adecuadamente en los lugares de trabajo, y trasladarse a baja velocidad. En este conjunto va instalado el mecanismo de traslación y dirección

Sobre la infraestructura se instala la superestructura giratoria, que consiste en una plataforma capaz de girar en 360 grados en ambos sentidos.

La operación de carga de una pala de cable se realiza mediante la combinación de dos funciones ejecutadas por dos mecanismos distintos:-Mecanismo de elevación-Mecanismo de empuje / retroceso

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Sistema eléctrico

Alimentación Accionamiento eléctrico

Superestructura giratoriaLa alimentación a las

palas de cable, en alta tensión, se realiza desde la red distribución. La tensión de dicha red (15 a 45 kV) es muy superior a la utilizada normalmente por las excavadoras (3,3 a 7,2 kV), por lo que se necesita una transformación intermedia que se hace mediante una subestación.

Cuando la electricidad se introdujo como fuente de energía por razones de rendimiento y costo, su empleo se hizo en corriente continua. La utilización de motores de corriente continua, en vez de alterna, se hizo porque el par de salida por amperio consumido es máximo y su doble alimentación suministraba control y flexibilidad lo suficientemente buenos.

En la plataforma de la superestructura van instalados todos los sistemas de mando y control eléctrico de los distintos mecanismos. En su parte delantera están implantados los apoyos de la pluma, el soporte y estructura principal del equipo de excavación

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Mecanismos de funcionamiento

Mecanismo de elevación

Mecanismos de empuje y retroceso del balde

Mecanismo degiro

La elevación del balde de la pala se hace siempre mediante cables, por lo que el mecanismo está compuesto por uno o dos motores eléctricos y una transmisión por engranajes que llegan hasta el tambor de enrollamiento, controlando el balde de buena forma.

Las palas marca Bucyrus transmiten al brazo los movimientos de empuje y retroceso en la excavación mediante cables. Otro sistema consiste en un mecanismo de piñón y cremallera, accionado por un motor eléctrico

Permite el giro en 360 grados, en cualquiera de los dos sentidos, de toda la superestructura respecto de la infraestructura apoyada sobre el suelo. El movimiento parte de uno o más motores, situados verticalmente en la plataforma superior.

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Ventajas de las palas eléctricas de cable

Pueden excavar a alturas entre los 10 y 20 m.

Pueden descargar a alturas entre los 6 y 12 m.

Poseen un sistema de traslación sobre una oruga y su accionamiento es eléctrico.

La excavación se realiza mediante la combinación de dos movimientos: elevación y empuje.

Son máquinas pesadas y robustas, adecuadas para trabajar en cualquier tipo de material.

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Permiten el arranque directo de materiales compactos, aunque en muchos casos se acondiciona el material a la carga mediante tronadura.

Tienen alta fiabilidad, debido a un diseño ampliamente probado, con buena disponibilidad y utilización efectiva.

Pueden remontar pendientes reducidas, pero no es aconsejable que operen inclinadas debido a posibles problemas en el sistema de giro de la máquina.

Presentan buena estabilidad y suavidad en la operación.

Ventajas de las palas eléctricas de cable 58

Presentan buen rendimiento, incluso en malas condiciones de piso, ya que operan sin desplazarse sobre él.

Ofrecen al operador una muy buena visibilidad durante la operación, además de condiciones de alta seguridad.

Tienen una larga vida útil, estimada en más de 60.000 horas de operación.

Ventajas de las palas eléctricas de cable 59

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Excavadoras hidráulicas

Es un equipo de excavación y carga, pero gracias a sus numerosos accesorios también puede ser usada por ejemplo para el corte de acero, el rompimiento de concreto, el taladro de hoyos en la tierra.

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Las excavadoras cuentan con tres partes principales

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Unidad de propulsión: esta parte de la excavadora que permite su desplazamiento hacia la zona de trabajo, sirve de base para la estructura superior. Se puede encontrar dos formas de locomoción: mediante ruedas o mediante orugas.

Unidad giratoria: esta parte de la excavadora incluye una cabina giratoria y todo el sistema de control (motores, sistema hidráulico, etc.)

Estructura manipuladora: Esta máquina hidráulica móvil tiene una estructura de manipulación compuesta por la pluma (Boom), el brazo (Stick ) y un cucharón (bucket). El brazo (también llamado balancín) y la pluma son los eslabones principales y el cucharón es el efector final móvil de la maquina. El cucharón es el recipiente en el cual se deposita el material. Está provisto de dientes en su borde para facilitar el arranque de los materiales

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Partes de la excavadora hidráulica67

Los movimientos básicos que tiene una excavadora hidráulica son los siguientes:

Movimiento del cucharón hacia arriba y hacia abajo (183°) Movimiento del brazo hacia arriba y hacia abajo (119°) Movimiento de la pluma hacia arriba y hacia abajo (131°) Movimiento giratorio de la cabina (360° )

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Palas hidráulicas

La pala hidráulica es una máquina que se utiliza tanto en faenas de explotaciones mineras como en obras civiles. Los equipos más pequeños se usan para la apertura de zanjas, demolición de estructuras, etcétera.

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Características generales de las palas hidráulicas

Existen dos tipos de palas hidráulicas: las palas frontales y las retro.

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Las palas hidráulicas que se utilizan en minería tienen las siguientes características:

Diseño y peso reducido en relación con la capacidad de los balde.

Gran movilidad y flexibilidad en la operación. Capacidad de remontar pendientes de hasta 80%, y

posibilidad de realizar la operación continuada en pendientes de 60%.

Velocidades de rotación elevadas, de 2,5 a 5 r.p.m. Fuerzas de penetración y excavación elevadas. Versatilidad para orientar el balde en el frente de la

excavación. Exigen poco espacio para operar. Poseen una vida útil media de 25.000 a 35.000 h

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Chasis y tren de rodaje

El chasis tiene como misión transmitir las cargas de la superestructura al tren de rodaje. Los chasis para trenes de rodaje de orugas están constituidos por una estructura en forma de H que aloja en la parte central la corona de giro y va apoyada y anclada en los carros de oruga.

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El sistema de orugas está formado por los siguientes componentes:

Cadenas de tejas ensambladas por bulones y casquillos sellados.

Tensores de cadena. Rodillos guía. Ruedas guía. Rueda motriz.

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El sistema de chasis de orugas presenta las siguientes ventajas en relación con el chasis neumático:

Mayor tracción sobre el suelo. Menor presión sobre el terreno. Mayor estabilidad. Menor radio de giro

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Equipo de trabajo

El equipo de trabajo está constituido por diferentes elementos, dependiendo de si la forma de descarga es frontal o de retroexcavadora:

En sistemas frontales: El equipo de trabajo lo constituye la pluma y el brazo con el balde en su extremo.

En sistema de retroexcavadora: El equipo de trabajo lo compone la pluma, el brazo y el balde, articulados entre sí y accionados mediante sistemas hidráulicos.

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Baldes

El diseño y forma del balde influyen en el grado de llenado del mismo y, por lo tanto, en la producción horaria del equipo. Los parámetros por tener en cuenta en el diseño del balde son:

Relación ancho / volumen del balde. Distancia entre la punta de los dientes y la articulación. Ángulos de vuelco y apertura.

Peso del balde.

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http://www.megamaquinas.es/excavadora-ph-4100xpc/#more-241

http://www.phmining.com/es/PHMining/Mining-Equipment/Electric-Shovels.htm

https://www.codelcoeduca.cl/proceso/extraccion/t-equipo-cielo.html

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