UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA DE MINAS

TÍTULO

“LOCOMOTORAS EN MINERIA”

AUTORES:

-ALCALDE

-CALDERON

-RIVAS SANCHEZ, Gram Ysair

-ASTO

-FD

-SOPLA

DOCENTE:

Doc. Eusebio

TRUJILLO – PERÚ

2013

INDICE GENERAL

INTRODUCCION

I. ASPECTOS INFORMATIVOS

1. TITULO …1

2. AUTORES …

3. DOCENTE …7

4. LINEA DEL TRABAJO …

5. INSTITUCION A LA QUE PERTENECE EL PROYECTO …

6. UNIDAD ACADEMICA …8

II. FUNDAMENTO TEORICO

1. HISTORIA DE LAS LOCOMOTORAS …11

2. SISTEMA DE TRANSPORTE SOBRE FERROCARRILES

3. LOCOMOTORAS

4. MANIOBRAS INCORRECTAS CON LOCOMOTORAS

5. TIPOS DE LOCOMOTORAS

6. COMPONENTES DE LA LOCOMOTORA

INTRODUCCION

En estos últimos años, el uso de locomotoras mineras se ha intensificado, hoy en día se cuenta con modelos de locomotoras con motor diesel y motor eléctrico tanto a batería como en sistema trolley desde 2TM hasta 20TM de peso adherente. La fabricación de estos equipos se realiza bajo un estricto control de calidad. Las proveedoras cuentan con un área de ingeniería mecánico y eléctrico y una planta de ensamblaje muy bien implementados. Asimismo, entre los últimos desarrollos se encuentran locomotoras de 15 y 20 toneladas métricas de peso adherente para acarreo de minerales de hasta 200 TM por viaje en túneles de extracción principal. Entre las principales características de estos equipos se encuentran el uso de controles electrónicos de última generación IGBT para uso específico en minas subterráneas (o de controles electromecánicos especialmente diseñados para esas potencias), sistemas de freno neumáticos, y potencias de 120hp hasta 150hp 250vdc con motores DC de tracción importados. Además, estos equipos cuentan con sistemas de protección eléctrica mejorados con componentes de alta calidad.

LOS AUTORES

I) ASPECTOS INFORMATIVOS

1) Título: “LOCOMOTORAS EN MINERIA”

2) Autores:

Alcalde Asto Calderón Rivas Fs sf

3) Docente:

Nombre: Ing. Eusebio

Grado Académico: Ingeniero de Minas

4) Línea del trabajo:

Mineria subterránea- Acarreo del mineral

5) Institución a la que pertenece el proyecto:

Universidad Nacional de Trujillo- UNT

6) Escuela Academica:

Escuela de Ingenieria de Minas

II) FUNDAMENTO TEORICO

1) Historia de las locomotoras:

Se denomina locomotora al material rodante con motor que se utiliza para dar tracción a los trenes, siendo, por tanto, una parte fundamental de éste. La palabra "locomotora" proviene del latín "loco", ablativo de "locus", que significa lugar y del latín medieval "motivus", que significa provocar movimiento.

Desde sus inicios a principios del siglo XIX hasta mediados del siglo XX, las locomotoras fueron de vapor. La primera locomotora a vapor fue construida por Richard Trevithick en 1804, 21 años antes de la máquina de George Stephenson. Esta máquina que no dio resultado porque circulaba por carriles de hierro fundido inapropiados para su peso. Hasta 1825, la utilización de locomotoras a vapor fue exclusiva de líneas férreas en minas de carbón.

Las locomotoras articuladas funcionaron en muchas naciones, pero fueron muy populares en ferrocarriles de trocha angosta en Europa y tuvieron el desarrollo de mayor tamaño en Estados Unidos, donde las Big Boy 4-8-8-4 y las Allegheny H-8 2-6-6-6 fueron algunas de las más grandes locomotoras de vapor jamás construidas.

Varios tipos de articulaciones se desarrollaron a lo largo de los años. De estos, la locomotora Mallet, y su derivado de simple expansión, fue la más popular, seguida del tipo Garratt(mayormente construida en el Reino Unido, popular en toda Europa, África y las colonias), y en varios tipos de locomotora de vapor a engranajes, estos últimos usados en aserraderos, minería e industriales. Muchos de los otros tipos sólo tuvieron un éxito limitado.

2) Sistema de transporte por ferrocarriles:

El sistema se emplea para el trasporte horizontal (con una pendiente variable de 0-2 %) en

minas de alta capacidad productiva o en las cuales la distancia de transporte sea

considerable, y acorde a la planificación, este sistema se debe implementar basado en un

camino fijo, con costos altamente estudiados (puesto que es una inversión fuerte al inicio de

las operaciones) y cubrir las necesidades de producción solicitadas por planta.

En la mayoría de casos es usada como transporte principal e intermedio, ya que muchas

minas por su producción la pueden alternar con fajas transportadoras, sin embargo, esto va

muy ligado al planeamiento realizado para el área de producción.

Entre sus ventajas podemos resaltar su alta productividad, esto por el tonelaje de

producción que puede cargar, y como se controlan los ciclos dentro de mina. Su

Confiabilidad, ya que al estar en un camino fijo, se puede mantener un control estricto,

porque será nuestro “cliente número 1” que llevara el mineral del frente hacia los Ore Pass,

o directamente a la planta procesadora.

Además, una de las ventajas, es su seguridad, ya que se puede mantener un mejor control

durante el transporte del mineral, que a diferencia de la faja transportadora, si falla en un

determinado lugar, toda queda arruinada, mientras que las vías, los vagones o la

locomotora, pueden tener una solución inmediata y previsora.

Adicionalmente que será un sistema de doble utilidad, por lo que puede ser usado como

transporte de Ore or Waste, o como suplidor de insumos a interior mina, lo cual no

podemos obtener con otro sistemas de transporte horizontal. Y su costo operacional y de

mantención son (luego de la implementación) relativamente bajos a comparación del

beneficio que otorga al sector producción.

Sin embargo también presenta ciertas desventajas, como son la alta inversión inicial para

poder implementarlo dentro de la Labor minera, sin embargo esto queda resanado por el

factor “Costo – Beneficio” en el cual entra a tallar de que manera se ve afectada la

producción con la implementación del sistema y si la inversión será justificada o no.

Por ultimo entre sus sistemas o tipos de ferrocarriles podemos encontrar los Tripulados

Electros o Diesel, y los Autónomos (no tripulados) como se emplean en Mina El Teniente.

Ilustración 1 Locomotora saliendo de labor minera

Ilustración 2 Locomotora a Batería con Operario sin carga ni vagones.

3) Locomotoras:

Las Locomotoras son aquellas maquinas que dentro de la labor estarán encargadas de poner

en movimiento y llevar al exterior la producción de mineral deseada, aprovechando al

máximo su capacidad y ciclo de trabajo sin ser forzada, del mismo modo son empleadas

para ingresar a la labor minera materiales necesarios para cada frente donde se encuentre

trabajando como madera para el sostenimiento, herramientas, etc. Para poder lograr esto,

las locomotoras van equipadas con dos motores eléctricos o uno diésel, cuya posición es

paralela a los ejes de las ruedas motrices, efectuándose la transmisión por medio de un

sistema de piñones y engranajes. Los motores se montan en una suspensión elástica, con lo

que se consigue un trabajo sin vibraciones, del mismo modo, para poder poner en

movimiento el convoy, los motores se acoplan en serie con lo que se consigue un gran

torque de partida. Una vez en marcha, cuando se ha vencido la inercia del reposo, los

motores se acoplan en paralelo con lo cual se obtiene una mayor velocidad.

El cálculo de la locomotora deberá incluir el dimensionamiento del peso de la locomotora

(lo define la carga a arrastrar y el coeficiente de roce), aceleración (se consideran la

situación más desfavorable para determinar la necesidad de tracción en la salida y traslado),

velocidad (se requieren motores más potentes para imprimir mayores velocidades), frenado

(ligado a la fricción entre ruedas y rieles) y potencia nominal del motor de tracción, una vez

obtenido estos resultados se comparan con los ofrecidos por los fabricantes y se elige el que

más se ajuste al estimado.

Mediante el siguiente cuadro apreciamos las diferencias mas resaltantes entre la Locomotora Diesel y la eléctrica:

LOCOMOTORAS DIESEL LOCOMOTORAS ELÉCTRICAS

Menor poder de arrastre/peso

3000-3600 hp Disponibilidad 85% Menor costo capital Vida útil 15-20 años

Tienen más poder de arrastre /peso Mayor adhesión 4-6 ejes 25-50 kV, 60 Hz 6000 HP Mayor costo capital Mayor vida útil (doble) Mayor disponibilidad (95%) Menor costo mantención (1/2 a ¼) No hay almacenaje de Diesel y problemas de

congelamiento. Operación es limpia y sin contaminación

Tabla 1 Diferencia entre Locomotora Diésel y Eléctrica.

Por lo tanto para es recomendable y mucho más beneficioso el uso de Locomotoras

eléctricas en labores subterráneas. Sin Embargo, ¿Qué parámetros pueden influenciar en el

funcionamiento de este tipo de Locomotoras?

CIRCUITO DE CORRIENTE Y CONDUCCIÓN DE ELECTRICIDAD:

Se debe contar con un flujo de Corriente Continua para accionar los motores de la

locomotora, la cual se efectúa por dos conductores. El del polo positivo corresponde a un

cable aéreo y el negativo son los rieles que se unen entre ellos por los cables de cobre.

Debe estudiarse la perdida de voltaje en la transmisión de corriente para no quemar energía

innecesaria y mantener un control sobre dicha perdida la cual no debe ser superior al 5% en

línea.

TOMA DE CORRIENTE:

La toma de corriente para una locomotora (desde el cable aéreo) se realiza por medio de un

colector de corriente o “toma de Corriente” siendo este el trolley. De tal forma que el polo

negativo se haga llegar al motor por medio de las ruedas que lo toma desde los rieles.

FUENTES DE ENERGÍA DE CORRIENTE CONTINUA:

Para evitar importantes pérdidas de voltaje, se lleva corriente alterna trifásica hasta las

estaciones de alimentación y allí se trasforman en corriente continua, con un rectificador

estático los cuales pueden ser de mercurio o de selenio.

¿Qué riesgos tenemos por el uso de Trolleys?

Entre ellos que la producción de chispas es inevitable, y esto puede conllevar a inflamación

u explosiones de grisú en minas de carbón, o de algún combustible que entre en contacto

con las chispas, el personal encargado de la locomotora puede sufrir electrocuciones y la

perdida de energía por corriente vagabunda.

Por lo tanto ante la presencia de estos inconvenientes y la infraestructura que demanda la

implementación de una Locomotora Eléctrica, también se puede optar por una Locomotora

a batería, la cual puede suplir y hacer la misma labor, sin embargo su eficiencia y uso puede

ser menor, dependiendo de la capacidad de su operario y respectivos mantenimientos. Pero

queda resaltado y claro que es mucho mejor quemar “energía” que quemar “combustible”

ya que implica un ahorro significativo de costos de producción y genera un alto beneficio a

nuestra labor.

4) Maniobras Incorrectas con locomotoras:

Las malas operaciones, destacadas en la siguiente relación, causan fallas eléctricas:

1. Arranques bruscos;

2. Inversión intempestiva de marcha;

3. Paradas con marcha invertida;

4. Sobrecargas;

5. Cambios violentos de marcha;

6. Cambios lentos de marcha;

7. Tiempos largos en “punto neutro”;

8. Conducir por galería inundadas; y

9. Eliminar sistemas de protección “amarrar” o “puentear”

¿CÓMO SE GENERA UNA ACCIDENTE?

5) Tipos de Locomotoras:

BATERIA : Las locomotoras a batería son muy versátiles, generalmente las minas pequeñas y algunas medianas las tienen en operación. Cuando se deba calcular el tamaño de una locomotora, también debe calcularse la capacidad en amperios hora de la batería que es la fuente de energía. Solo el haber calculado correctamente ambos, nos dará una operación segura y eficiente durante el ciclo de trabajo previamente calculado. Las locomotoras a batería tienen por norma tener dos bancos de batería: un banco en operación, y el otro en carga ( para la 2da guardia).

TROLLEY :Son las mas eficientes, si bien el costo inicial es más elevado, los beneficios que reporta tener este sistema, aparte de confiabilidad es el rendimiento, lo que se traduce en un mejor costo / beneficio, una línea trolley bien instalada con todos sus elementos de protección y seguridad, y con la consiguiente correcta ubicación de los rectificadores a lo largo de la línea, siempre permite que las locomotoras este alimentadas con una tensión +/- 10% de la tensión nominal de sus motores. La línea Trolley es un sistema basado en un rectificador, en cuyo ingreso tiene un voltaje de 440VAC y a su salida uno de 250 VDC. Con este voltaje trabajan las locomotoras donde la línea trolley es el positivo y el riel es la línea negativa. La línea trolley son de dos tipos:

– Los delgados denominados “Dos Ceros”

– Los gruesos denominados “Cuatro Ceros”

DIESEL :Las locomotoras Diesel, son versátiles y tienen elevado coeficiente de tracción, pero hay que ser cuidadoso en la elección del tipo de motor, ya que la altura sobre el nivel del mar y la temperatura afectan la performance. De preferencia deberá usarse un motor enfriado por aire, con turbo admisión indirecta, transmisión hidrostática. El problema de estas máquinas es la emisión de gases tóxicos, lo que obliga a la mina a tener un sistema de ventilación que cumpla con los niveles de aire estipulados en el código nacional de minería.

6) Componentes de una locomotora

Chasis: compuesto de planchas de acero estructural soldadas eléctricamente, donde se montan los equipos para la propulsión y control.

Suspensión: que pueden ser resortes helicoidales o también tacos de jebe endurecidos. El chasis de la locomotora descansa en el sistema de suspensión.

Propulsión: piñón Catalina; corona dentada; tornillo sinfín; doble reducción con piñones helicoidales, son las propulsiones usadas en locomotoras eléctricas. En las locomotoras diesel, generalmente se emplea los convertidores hidrostáticos de torque, como intermedio.

Caja de eje: los ejes de la locomotora se apoyan en cajas de eje, dentro de estas están alojados 1 ó 2 cojinetes y 1 ó 2 retenes de grasa. Las cajas pueden ser móviles o ser fijos, según el tipo de suspensión usado.

Ruedas: pueden ser sólidas o con llantas, deben ser de acero de buena calidad, a fin de tener una buena adherencia y poseer además excelentes cualidades de tracción.

Freno: zapatas de acero fundido de menor dureza que el de ruedas, provocan el frenado de la locomotora, el accionamiento se efectúa mediante brazos articulados que pueden ser accionados mecánicamente, hidráulicamente o neumáticamente.

Motor: Motores de corriente continua tipo serie, tienen un alto poder de arranque y permiten regular la velocidad en un amplio rango.

Control: es el componente a través del cual podemos arrancar, acelerar, detener y cambiar el sentido de marcha de la locomotora. Hay varios tipos de control: electromagnéticos, electroneumáticos, tambores de levas y contactos, electrónicos.

Banco de Resistencia: conjunto de resistencia que sirven para variar el voltaje al motor o motores a fin de ir variando su velocidad. No se usa con controles electrónicos. Además sirven para controlar el amperaje de los motores.

Sistema de protección y seguridad: se compone básicamente del: hombre muerto, rele de sobrecarga, fusible, luz, bocina.

7) CÁLCULOS CON LOCOMOTORAS:

Peso del convoy

PC = N * (Pc + Pm)

Donde:

N = Número de carros

Pc = Peso de cada carro vacío; TC

Pm = Peso del mineral en cada carro; TC

Peso de la locomotora

PL = (PC * (Rr + Rg))convoy/(500 - (Rr + Rg))locomotora

Número de viajes por guardia

NV/gdia = (Horas efectivas de trabajo)/(hora/ciclo)

Tonelaje por viaje

Ton/viaje = (Ton/gdia)/(NV/gdia)

Número de carros

Ncarros = (Ton/viaje)/(capacidad carro)

Esfuerzo tractor necesario

En = (PL * (Rr + Rg)) + (PC * (Rr + Rg))

Donde:

En = Fuerza máxima utilizada por la locomotora para efectuar un trabajo, es decir poner en movimiento su propio peso y el peso del convoy; lbs

PL = Peso de la locomotora; TC

Rr = Coeficiente de resistencia debido a la fricción o rodamiento de las ruedas con el eje debido al tipo de rodajes con que cuenta, sea de la locomotora o de los carros.

Rodajes cónicos = 10 lbs/TC

Rodajes cilíndricos = 15 a 20 lbs/TC

Rodajes de bolas = 30 lbs/TC

+ = Significa que se suma cuando el tren se desplaza con gradiente positiva y se resta en caso contrario.

Rg = Coeficiente de resistencia debido a la gradiente de la vía. En la práctica, se considera 20 lbs/TC por cada 1% de gradiente, es decir:

Rg = 8 lb/TC para gradiente de 0,4%

Rg = 10 lb/TC para gradiente de 0,5%

PC = Peso del convoy; TC

Potencia del motor

HP = (En * V)/(375 * e)

Donde:

En = Esfuerzo necesario (vacío o con carga); lbs

V = Velocidad; milla/hora

e = Eficiencia del motor; oscila entre 0,7 a 0,9

Consumo de corriente eléctrica convoy con mineral

Watt-hora = (Distancia * En)/ 1 760

Donde:

Distancia = Longitud recorrida; pies

En = Esfuerzo necesario de tren con carga; lbs

1 760 = Constante para tranformar a watt-hora

Consumo de corriente eléctrica convoy vacío

Watt-hora = (Distancia * En)/ 1 760

Donde:

En = Esfuerzo necesario de tren vacío; lbs