Sistema-de-Izaje-en-Mineria-Subterranea.pdf

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“Nortede la UniversidadPeruana”

INDICE
 INTRODUCCIÓN
 OBJETIVOS
 GENERALIDADES
 SISTEMAS Y NORMAS DE SEGURIDAD
 COMPONENTES DEL SISTEMA DE IZAJE
 CÁLCULO DE IZAJE
 CONCLUSIONES
 BIBLIOGRAFÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA - UNC INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA 2

INTRODUCCIÓN
El sistema de izaje, se utiliza cuando el acceso al yacimiento
minero de la mina no es posible por socavones de cortada o
túneles, cuando se quiere introducir materiales, maquinarias
y el mismo personal; y no se tiene socavones principales, se
recurre a la utilización de infraestructura y maquinaria de
izaje.
FACULTAD DE INGENIERÍA - UNC 3
INTRODUCCIÓN A LA MINERÍA

OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Conocer y comprender
el sistema de Izaje que
se utiliza en minería.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Conocer los componentes
principales del sistema de Izaje en
minería.
Conocer la importancia del winche,
poleas y cables.
Ver ejemplos aplicativos
relacionados al sistema de Izaje

I. GENERALIDADES
Definición de
Winche de Izaje
• El Winche de izaje, es una maquinaria
utilizada para levantar, bajar, empujar o
tirar la carga; el Winche de izaje, es
utilizado también para bajar e izar
personal del interior de la mina; siempre
que cumpla con exigencias mínimas de
seguridad.

I. GENERALIDADES
TAMBORA MOTOR
SISTEMA DE
SEGURIDAD: Lyli
control, frenos, etc.
PALANCA DE
CONTROL
CABLES JAULA, BALDES.
POLEAS CASTILLO
Componentes del WINCHE de Izaje

Cada equipo de izaje y accesorios debe tener claramente indicado la
capacidad máxima y una tabla de ángulos de izaje; la misma que debe ser
pegada en un lugar adecuado y fácilmente visible para el operador
La inspección de equipos, componentes y accesorios, es esencial para
asegurar que el sistema de izaje se encuentre en buenas condiciones de
operación y funcionamiento. Las cuales serán hechas por personal
competente
Los titulares serán responsables del mantenimiento, así como de las
inspecciones periódicas a la que deben estar sujetos los sistemas de izaje.
El supervisor responsable del área de trabajo, es quien autoriza el uso del
equipo de izaje sólo al personal calificado y certificado por terceros.
Durante las operaciones de izaje con winches, sólo debe usarse señales
estándares; ya sea de sonido, de iluminación o micrófono-
intercomunicador
II. SISTEMAS Y NORMAS DE SEGURIDAD DE
LOS WINCHES DE IZAJE.
El cable deberá ser remplazado también, cuando ha sufrido dobleces o
presenta COCADAS. En el caso de tambores de enrollado de cables, se
debe asegurar que, permanezcan en el tambor por lo menos tres vueltas del
referido cable.
• El pique (infraestructura principal del Winche), debe estar ubicado según diseño
y Planos; y debe tener acceso con los niveles principales para el transporte de
personal, herramientas, materiales, explosivos, mineral y desmonte.
El Winche jalará uno o dos jaulas de transporte de personal, pero cuando se
trate de acarreo del mineral, nunca se debe transportar personal. Las horas
de izaje de mineral o desmonte, deben ser independientes de las horas de
izaje de personal.

TRIANGULO DE SEGURIDAD EN EL IZAJE.

DISEÑO DE UN PIQUE

Son aquellos cilindros donde se
enrollan los cables, en el que
podríamos hablar del enrollado activo
que es el cable que verdaderamente
trabaja y el enrollado de reserva para
los cortes reglamentarios que dispone
la ley de seguridad y para reducir el
esfuerzo ejercido por el cable, a la
unión con el tambor.
III. COMPONENTES DEL SISTEMA DE IZAJE
1.- TAMBORA

Los
elementos
principales
de la
tambora
EJE
PRINCIPAL
RANURAS
EMBRAGUES
FRENOS
ELEMENTOS DE LA
TAMBORA

Es el propulsor de la acción
mecánica, es el que realiza el
trabajo de izaje. Las
características del motor se
eligen de acuerdo al
requerimiento y la capacidad
de la carga que se quiera izar
y a las dimensiones y modelos
del pique.
III. COMPONENTES DEL SISTEMA DE IZAJE
2.- MOTOR 3.- SISTEMA DE SEGURIDAD:
LILLY CONTRO, FRENOS.
Es el dispositivo que regula la velocidad, este
actúa en caso de una súbita aceleración o
desaceleración de la velocidad, ocasionado por
una posible falla mecánica, el Lilly control,
acciona el dispositivo de emergencia del
sistema de izaje.
4.- PALANCAS DE CONTROL
Son los dispositivos de control y manejo del
Winche.
Estos deben ser manipulados sólo por el operador o
maquinista autorizado.

5.- JAULA, BALDE Y SKIP
Son compartimientos
metálicos de 1 o 2 pisos, se
usan para subir o bajar personal,
material y carros mineros .
En este caso piso de la jaula
se fijan rieles para la entrada
del carro minero. En las
paredes laterales se fijan unas
canaletas para que se deslicen
por las guías del pique.
JAULA BALDES
Son recipientes cilíndricos de poca
capacidad, usados para Izaje de tonelaje
pequeños de mineral y desmonte.
La descarga se efectúa por balanceo
accionado para tal fin.
SKIP
Son recipientes que
circulan en el interior
de los piques y sirven
para transportar
mineral desde el
fondo del pozo hasta
el exterior.

Son estructuras metálicas/madera que
sirve para soporta la carga de Izaje y la
instalación de tolvas de
almacenamiento de mineral.
Estas estructuras soportan esfuerzos de
viento cargas de trabajo.
6.- CASTILLO

7.- CABLES

III.COMPONENTES DEL SISTEMA DE IZAJE
Poleas
Es una rueda acanalada que gira alrededor de un eje central por el que pasa el cable en
cuyos extremos se encuentra la jaula o skip (resistencia) y en la otra el winche o tambora
(potencia).
Polea de izaje minero 72”
Las
1.
2.
3.
poleas se puede construir de 3 formas:
Por fundición
Por acero moldeado
Por construcción soldada.

Las poleas soldadas son menos pesadas y las más resistentes y son las más empleadas
en la construcción de piques.
La polea de izaje debe ser hecha y mantenida para acomodar adecuadamente el cable. El
diámetro de la polea está establecido por reglas de seguridad para piques
Poleas o Winches de Fricción o de Koepe
El cable simplemente pasa sobre la polea o tambora de fricción durante el izaje, que en cada extremo lleva
una jaula o skip o contrapeso. La polea es accionada por un motor.

Fue introducido en Alemania por Frederick Koepe (1877 ) utilizando el principio de fricción de contacto.
Existe un real contacto entre la polea y el cable que va de 180° a 200°.Las poleas de fricción son diseñadas para
usar cables de cola como contrapeso, que aseguran el suficiente contacto de fricción, los cuales tienen el mismo
peso que los cables de izaje, y así reducen el torque de movimiento necesario de la tambora de fricción. En caso
de rotura del cable, caerían ambos vehículos inmediatamente.
La polea de Koepe monocable se construye con diámetros que llegan hasta 9 m y a los lados del cable cuentan
con regiones anchas que reciben las zapatas de freno.
La polea de Koepe multicable cuenta con tantas gargantas como cables a soportar.

Traviesas de Choque y Taquetes de Seguridad.
Las poleas se aseguran mediante traviesas de choque dispuestas debajo de ellas, contra daños
causados por la jaula o skip, en caso que el empuje de la jaula no haya podido ser absorvido por el
ensanchamiento de las guiaderas.
Cuando la jaula o skip choca contra estas traviesas, existe el peligro de rotura del cable y de la caída de
la jaula. Los taquetes evitan la caída, dejando
que retienen la jaula al descender.
pasar la jaula ascendente y sitúandose en posición tal
Ensanchamiento de las Guiaderas
Las guiaderas poseen un
ensanchamiento en los extremos
superior e inferior, a fin que las
zapatas de deslizamiento se frenen y
gracias al cual las jaulas se detienen
de modo suave. Estos
ensanchamientos son simétricos a
cada lado, con una inclinación de
1:100 hasta llegar a una medida
máxima de 5 cm a cada lado.

IV. CALCULOS DE IZAJE
Esfuerzos, factor de seguridad y grosor de hilos
Resistencia: Propiedad que tienen los cables de soportar las acciones de
agentes mecánicos, físicos, etc.
sin deformarse o romperse.
Esfuerzo: Fuerza que al ejercer sobre el cable, tiende a alargarlo ( tracción ) o doblarlo ( flexión ).
Elasticidad: Propiedad que tienen los cuerpos deformados por una fuerza exterior de recobrar su forma
primitiva cuando cesa de actuar dicha fuerza deformadora.
Módulo de Elasticidad: Relación existente entre la magnitud de las fuerzas externas que provocan el
alargamiento elástico del cable y el valor que alcanza dicho alargamiento.
En los cálculos de Resistencia de Materiales siempre se tiene en cuenta dicho Módulo para que en
ningún caso puedan alcanzar las piezas el límite de elasticidad que provocaría la deformación o la
ruptura del cable.
Factor de Seguridad: Es la carga o esfuerzo máximo que puede soportar el cable sin romperse, y la
magnitud del esfuerzo máximo a que se halla sometido.
Grosor de los hilos: Constituido por el diámetro de cada hilo, que a su vez debe guardar una relación
con el diámetro del cable.

4.1.- Esfuerzo de tracción
= Peso del cable y carga/Sección transversal del cable
= lbs/(3.1416 * r2) = lbs/pulg2
4.2.- Esfuerzo de Curvatura
=(Módulo Elasticidad cable * Grosor hilo)/Diámetro de polea
= lbs/pulg2 * pulg/pulg = lbs/pulg2
4.3.- Esfuerzo Total
= Esfuerzo de tracción + Esfuerzo de Curvatura = lbs/pulg2
4.4.- Factor de Seguridad
= Resist. a la rotura del cable/Esfuerzo total; sin unidad.
Existe otra forma práctica para hallar el Factor de Seguridad:
- Para transporte de personal = 9.5 - (0.001 * T)
- Para extracción = 7.2 - (0.0005 * T)
donde T = Profundidad del pique; m.

4.5.- Grosor de Hilo = ( Diámetro del cable/30 ) + 1; mm.
Diámetro del cable = mm.
Este grosor de hilo finalmente se transforma a pulgadas: mm/25.4
30= Relación entre diámetro cable y diámetro hilo; s/u
Ejercicio
Un cable de 2 pulgadas de diámetro tiene una resistencia de rotura de 171,000 lbs/pulg2; su Módulo
de elasticidad es de 12'000,000 lbs/pulg2. El total de carga que soporta incluido el peso del cable es de
45,000 lbs; el diámetro de la polea es de 96 pulgadas.

Solución
ESFUERZO DE TRACCION = 45000/(1)2 * 3.1416 = 14324 lbs/pulg2

 GROSOR DE HILOS = (50.8mm/30) + 1= 2.69 mm = 0.106 pulg
 ESFUERZO DE CURVATURA = (12000000 * 0.106)/96 = 13255 lbs/pulg2
 ESFUERZO TOTAL = 14324 + 13255 = 27579 lbs/pulg2
 FACTOR DE SEGURIDAD = 171000/27579 = 6.20
 ESFUERZO DE TRACCION = 45000/(1)2 * 3.1416 = 14324 lbs/pulg2
 GROSOR DE HILOS = (50.8mm/30) + 1= 2.69 mm = 0.106 pulg
 ESFUERZO DE CURVATURA = (12000000 * 0.106)/96 = 13255 lbs/pulg2
 ESFUERZO TOTAL = 14324 + 13255 = 27579 lbs/pulg2
 FACTOR DE SEGURIDAD = 171000/27579 = 6.20

Cálculos de viajes, tiempos, velocidad, peso del cable, carga admisible, diámetros, distancias, longitud
cable desde polea hasta tambora, ancho de tambora y numero de vueltas
Durante el izaje, la marcha de la máquina es alternada, denominándose:
Tiro: Al viaje de la jaula o skip y está compuesto normalmente de 3 partes
a) Un periodo de aceleración
b) Un período de régimen, con velocidad uniforme
c) Un periodo de frenado o desaceleración
Maniobra: Son las operaciones de carga, descarga y tiempos muertos.
Cordada: Es la sumatoria del Tiro y Maniobra; compuesto por el Tiempo de Izamiento (Ti) y Tiempos
Muertos (Tm).
El Ti a su vez se encuentra constituido por los tiempos aceleración (ta), tiempos de velocidad
uniforme (tu) y tiempos de desaceleración ( td ).
Los Tm se encuentran constituidos por el tiempo que toma el carguío, descarguío y otros, en
que la jaula o skip se encuentra detenido.
La sumatoria de Ti y Tm constituye el Tiempo total del ciclo ( T tot).

4.6.- Número de viajes por hora (NV/hora)
NV/hora = Ton a extraer/(Horas efectivas * Capacidad skip)
= Ton/(horas * ton/viaje) = viaje/hora
4.7.- Tiempo total del ciclo ( T tot )
T tot = 3600/N = (seg/hora)/(viaje/hora) = seg/viaje = seg/ciclo
4.8.- Tiempo de velocidad uniforme ( tu )
tu = T tot - ( ta + td + tm ); seg/ciclo
Donde
tm = Tiempo muerto, es decir skip detenido por alguna circunstancia exceptuando el carguío y
descarguío

4.9.- Velocidad de Izaje ( V )
V = L/(Ti - ((ta + td)/2)) ; pie/seg
donde
L = Longitud del cable ( profundidad efectiva + distancia piso de
volteo a punto opuesto de polea
Ti = Tiempo de izamiento = ta + td + tu
exterior a punto de volteo + punto
4.10.- Peso del Cable ( P )
P = Q tot/((R/0.9 * S) - Lv); kg/m
donde
P = Peso del cable ; kg/m
Q tot = Carga o peso total suspendido ( peso de la jaula, carga y carros )
R = Resistencia del cable a la rotura
S = Coeficiente de seguridad
Lv = Longitud vertical del cable desde profundidad efectiva hasta el punto de contacto con
polea

4.11.- Carga Admisible ( Q adm )
Q adm = ( Sc * R )/S ; kg
donde
Q adm = Carga o peso admisible del cable; kg
Sc = Sección del cable = 3.1416 * r2; cm2
R = Resistencia del cable a la rotura; kg/cm2
S = Coeficiente de seguridad
4.12.- Diámetro de la Tambora ( D tamb )
D tamb = 64 dc ; m
D tamb = 80 dc ; m
Donde
D tamb = Diámetro de la tambora ; m
dc = Diámetro del cable ; m
Como quiera que se puede definir el diámetro entre estas dimensiones, es preferible
escoger
el mayor

4.13.- Diámetro de la Polea ( D polea )
Generalmente, es el mismo diámetro de la tambora ; m.
4.14.- Distancia horizontal eje tambor - Eje cable vertical ( b )
b = (0.45 * Hc) + D tamb + ( 0.5 * D polea ) + 6 ; m
Donde
Hc = Altura del castillo desde el piso exterior hasta el punto de volteo de polea ; m
4.15.- Longitud inclinada del cable desde punto opuesto polea hasta tambora ( Li )
Li = √ (Hc - c)2 + (b -( D polea/2) )2 ; m
Donde
c = Altura del eje de la tambora sobre el piso; m

4.16.- Ancho del Tambor
Ancho del tambor = tg α * Li * 2 ; m
Donde
α = Angulo de desviación del cable entre polea y tambora. Máximo debe ser 1.5° a cada lado
de la tambora, desde el eje de la polea.
4.17.- Numero de vueltas del cable en el tambor
núm. vueltas = Ancho tambor/( dc + separación ranuras tambor)
Donde
dc = Diámetro del cable; m
Separación ranuras del tambor = m

Ejercicio
Profundidad efectiva
Longitud piso exterior a punto volteo
Longitud punto volteo a punto opuesto de polea
Capacidad del skip
Peso del skip
Peso del mineral
Resistencia del cable a la rotura
Coeficiente de seguridad del cable
Diámetro del cable
Altura eje tambor sobre el piso
Separación ranuras del tambor
Tiempo de aceleración
Tiempo de desaceleración
Tiempo muerto
200 m
28 m
2 m
1.5 TC
1000
kg
1200 kg
16000 kg/cm2
7
1
1
6
12
6
pulg
m
mm
seg
seg
22 seg
Se desea extraer 350 TC de mineral en 6 horas efectivas de trabajo por medio de un sistema de izaje
balanceado usando skips, a través de un pique con los siguientes parámetros:

Hallar:












Número de viajes por hora
Tiempo total del ciclo
Tiempo de velocidad uniforme
Velocidad de izaje
Peso del cable
Tiempo de izamiento
Carga admisible del cable
Diámetro de la tambora y polea
Distancia horizontal eje tambor a eje cable vertical
Longitud inclinada del cable desde polea hasta tambora
Ancho del tambor
Número de vueltas del cable en el tambor

Desarrollo:
 NUMERO DE VIAJES POR HORA
N = 350/(6 * 1.5) = 39 viaje/hora
 TIEMPO TOTAL DEL CICLO
T tot = 3600/39 = 92.31 seg/ciclo
 TIEMPO DE VELOCIDAD UNIFORME
tu = 92.31 - ( 12 + 6 + 22 ) = 52.31 seg
 VELOCIDAD DE IZAJE
L = 200 m + 28 m + 2 m = 230 m * 3.28 = 754 pie
Ti = 12seg + 6seg + 52.31seg = 70.31 seg
V = 754/(70.31 - (12 + 6)/2)) = 12.30 pie/seg

 PESO DEL CABLE
Q tot = 1000 kg + 1200 kg = 2200 kg
R = 16000 kg/cm2
S = 7
Lv = 200m + 28m = 228
m
P = 2200/((16000/(0.9 * 7) - 228) = 0.95 kg/m
 TIEMPO DE IZAMIENTO
Ti = ts + td + tu = 12seg + 6seg + 52.31seg = 70.31 seg
 CARGA O PESO ADMISIBLE DEL CABLE
1 pulg = 2.54 cm
Sc = 3.1416 * (1.27)2 = 5.07 cm2
Q adm = (5.07 * 16000)/7 = 11589 kg

 DIAMETRO DE LA TAMBORA
D tamb = ( 64 a 80 ) dc ; m
dc = diámetro del cable = 1 pulg = 0.0254 m
D tamb = 64 * 0.0254 = 1.63 m
D tamb = 80 * 0.0254 = 2.03 m
Optamos por D tamb = 2.03 m, porque es preferible el mayor.
 DIAMETRO DE LA POLEA
D pol = 2.03 m, es decir el mismo diámetro que la tambora.
 DISTANCIA HORIZONTAL EJE TAMBOR - EJE CABLE VERTICAL
b = ( Hc * 0.45 ) + D tamb + ( D pol * 0.5 ) + 6 ; m
= ( 30 * 0.45 ) + 2.03 + ( 2.03 * 0.5 ) + 6 = 22.55 m

 LONGITUD INCLINADA DEL CABLE DESDE POLEA HASTA TAMBORA
c = 1 m
(30 - 1)2 + (22.55 -( 2.03/2))2
Li = √
= 36.12 m
 ANCHO DEL TAMBOR
ancho de tambor = tg 1.5° * 36.12 * 2 = 1.89 m
 NUMERO DE VUELTAS DEL CABLE EN EL TAMBOR
dc = diámetro del cable = 1 pulg = 0.0254 m
separación ranuras tambor = 6 mm = 0.006 m
Número de vueltas = 1.89/(0.0254 + 0.006) = 60 vueltas

CONCLUSIONES
Se han desarrollado los principales
componentes del sistema de Izaje, viendo sus
principales funciones y aplicaciones en las
diferentes actividades mineras.
Se ha conocido las principales funciones del
winche, cables, poleas y otros complementos
del sistemas de Izaje.
Relacionamos al sistema de Izaje con
aplicaciones de minas que utilizan estos obras
dentro de sus operaciones.

BIBLIOGRAFÍA
 Planeamiento Integral en la ejecución del pique
TIMMERS. Volcan – 2011
 Compañía Peruana de uso Minero Ecológico y
Técnico. Módulo Minería – 2006
 Revista del Instituto de Investigación de la Facultad
de Geología, Minas, Metalúrgia, y Ciencias
Geográficas. Lima – Perú 2000.

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