Máquina de extracción

Una máquina de extracción es una máquina que, en el sector minero , acciona los elevadores o volquetes (o "skips") que se utilizan para transportar todo lo necesario para el funcionamiento de una mina y llevar los productos a la superficie de esta explotación.

Historia

Las primeras máquinas utilizadas para extraer los productos de una mina fueron simples tambores en los que se enrollaba una cuerda. Maniobrada a mano, la rotonda determinaba el ascenso o descenso del contenedor sujeto al extremo de la cuerda.

Junto con la necesidad de descender más profundamente, surgió la necesidad de dispositivos más robustos y potentes. Así aparecieron las atracciones (o baritel). Estos dispositivos propulsados ​​por caballos estaban ubicados a cierta distancia de la boca del pozo. Esta disposición conllevaba la obligación de añadir poleas de retorno verticalmente a la boca del pozo, y un soporte para estas poleas, el cabezal .

Con la invención de la máquina de vapor llegaron las máquinas de extracción tal como las entendemos hoy. Sin embargo, tenga en cuenta que las primeras aplicaciones de la máquina de vapor, una máquina de Watt y Thomas Newcomen , se utilizaron principalmente para extraer agua del fondo de los pozos, deshidratando . No fue hasta después de 1800 que las máquinas de extracción a vapor entraron en funcionamiento a gran escala. En el siglo XX será la electricidad la que proporcione la fuerza motriz a estas máquinas.

Tipos

Las máquinas de extracción se pueden clasificar según los elementos que las componen.

Brevemente:

Ejemplos de

Vapor

Los motores de vapor convierten el calor en energía mecánica . Las máquinas de extracción de vapor requieren una unidad de producción de vapor, la sala de calderas . Históricamente, Inglaterra fue el lugar de nacimiento de la máquina de vapor . Las aplicaciones de esta fuerza motriz fueron numerosas (fábricas, barcos, locomotoras, centrales eléctricas) y se extendieron rápidamente por Europa primero y luego por el resto del mundo. La máquina de vapor aumentará enormemente tanto la producción como el consumo de carbón y varios minerales .

Electricidad

Hay dos tipos de motores eléctricos que accionan una máquina de extracción.

Los motores de CC tienen un par elevado (es decir, la capacidad de impulsar cargas pesadas) que dependen poco de la velocidad, esta es su principal ventaja. Esta característica permite la construcción de potentes máquinas con ataque directo, es decir sin reductor. El eje del motor y el eje del cabrestante están acoplados en la misma alineación y giran estrictamente a la misma velocidad. Esta velocidad es del orden de 60 revoluciones por minuto.

Por otro lado, estos motores requieren la conversión de la corriente alterna suministrada por la red en corriente continua. También requieren más mantenimiento debido a la presencia de un colector giratorio . Hasta 1980, el sistema de conversión AC / DC más común era el grupo Ward Leonard . Este sistema también permitió controlar la velocidad del motor de extracción.

Los motores de CA para máquinas mineras son del tipo asíncrono trifásico. El motor asíncrono tiene un par bajo a baja velocidad y controlar esta velocidad es complicado. Esto se remedia parcialmente construyendo estos motores con un rotor bobinado. Pero en este caso es necesario agregar resistencias de rotor que mejoren el par a baja velocidad y permitan un cierto control de su velocidad. Con la llegada del tiristor alrededor de 1980 y la electrónica de potencia, los motores asíncronos de jaula de ardilla se han vuelto atractivos (precio, mantenimiento cero).

Estos motores giran a velocidades de 400 rpm y requieren engranajes reductores (generalmente vigas). Estos motores son robustos y utilizan la corriente de la red, posiblemente después de la adaptación de la tensión.

Cables

Históricamente, los primeros cables de extracción se fabricaban a partir de fibras vegetales (cáñamo o aloe). Redondas o planas, estaban alquitranadas para resistir la humedad. Su principal cualidad es su flexibilidad. Sus principales inconvenientes son su baja carga útil en comparación con su peso y su corta vida útil. Gradualmente serán reemplazados por cables de acero. En todos los casos, están sujetos a estrictos estándares de uso y control. Al estar sometidos a golpes al hacerse cargo y ante el peligro en caso de rotura, su coeficiente de seguridad es alto (de 6 a 10).

Cables planos de acero

Los cables planos utilizados para las máquinas de extracción se ensamblan en forma de guincheta o se trenzan. Están alquitranadas y engrasadas. Son ineficientes, porque su peso por metro lineal es grande en comparación con la sección útil. Tienen la ventaja de poder fabricarse en sección decreciente (por secciones). Ya no administran empleados.

Cables redondos de acero

Los cables redondos son los más utilizados en la actualidad. Los métodos de fabricación varían para cumplir con diversas limitaciones. Generalmente se construyen en capas superpuestas y la dirección de estas capas se invierte para neutralizar las fuerzas giratorias. Son los únicos aptos en el caso de la polea de Koepe, pero en este caso no se pueden engrasar, ya que el adiestramiento se realiza por adherencia.

Particularidades

  1. Los cables planos de acero trenzado se acortaban regularmente en la pata de la jaula, de ahí la (falsa) creencia de que se alargaban. Il y avait, à la mise en service, un certain allongement, mais la vraie raison était qu'en coupant le câble, on déplaçait le point de prise en charge et sur la cage et au treuil, ce qui, globalement, allongeait leur durée de vida. La sección cortada se sometió regularmente a análisis. Otro alargamiento característico se produjo al final de la vida útil del cable. El cable se alargó repentinamente y por mucho (fenómeno de estrechamiento ), fue el precursor de su inminente ruptura.
  2. La vida útil de un cable está muy influenciada por el radio de curvatura (tanto en el cabrestante como en la rueda), de ahí el interés en construir estos elementos de gran diámetro.
  3. Idealmente, un cable de extracción debe hacerse con sección decreciente. En la jaula el cable solo soporta el peso de la jaula, en el cabrestante también debe soportar su propio peso. En la práctica la fabricación de tal cable es imposible, se aborda construyéndolos decreciendo por secciones.
  4. En algunos casos (pero raros), los cables han sido reemplazados por cadenas.

El cabrestante

Los cabrestantes son el elemento de bobinado de una máquina minera. Fueron hechos en varias formas y tamaños. Sus características esenciales estaban determinadas principalmente por el tipo de cable a enrollar, la carga a levantar, la longitud del cable (profundidad del pozo). En el caso del cabrestante de cable redondo, los giros son uno al lado del otro. Entre la rueda y el cabrestante, la dirección del cable varía a medida que gira la máquina. Si esta variación es significativa, debe corregirse con una rueda de alineación.

En el caso del cabrestante para cables planos, los cables siempre fueron enrollados en bobinas (vueltas superpuestas) la dirección del cable permanece constante pero es el radio de enrollamiento el que varía. Esta variación de radio es una ventaja porque compensa total o parcialmente la variación del peso del cable que desciende al pozo. En gran medida, el par se mantuvo constante independientemente de la posición de las jaulas en el pozo.

En el caso de la polea Koepe , no hay un cabrestante real, ya que el cable está solo parcialmente enrollado en él (alrededor de 0,75 vueltas).

El cable redondo es impulsado por adherencia en la ranura de la polea . Las dimensiones y tolerancias mecánicas, los materiales de esta ranura se adaptan al cable que no se puede engrasar. El sistema Koepe puede ser de uno o varios cables.

Composición

Sea cual sea el tipo, una máquina de extracción tendrá al menos tres elementos:

A estos elementos básicos se agregan con mayor frecuencia elementos:

Los tres elementos básicos se han descrito en los apartados anteriores, solo describiremos los elementos adicionales.

Reductor

El engranaje de reducción más utilizado tiene engranajes en espiga. Estos engranajes pueden transmitir grandes potencias sin transmitir fuerza axial . La relación de reducción es del orden de 1/10, sin embargo, la relación de reducción exacta es la relación entre el número de dientes de los dos engranajes. Para asegurar un desgaste uniforme en todos los dientes, estos dos números son números primos .

Maniobra

El principal elemento operativo es la palanca de control de la máquina. Generalmente tiene tres posiciones que corresponden a tres rangos de velocidad de la máquina. Estos tres rangos de velocidad están en orden (de menor a mayor).

Maniobras; cuando la jaula transporta a los trabajadores de mantenimiento e inspección de los pozos.

Personal ; cuando la jaula está transportando personal.

Material; cuando la jaula está transportando materiales.

Cada uno de estos tres rangos puede ser modulado por: En el caso de la máquina de vapor, por el controlador .

En el caso de máquinas eléctricas por equipos electrotécnicos y actualmente electrónicos .

El maquinista también tiene a su disposición:

  1. Un freno de servicio es el freno que acciona en funcionamiento normal.
  2. Un freno de emergencia es el freno que se activa en caso de problema, pero este freno también entra en acción automáticamente en determinadas condiciones de emergencia.
  3. Un inversor de dirección de motor para subir y bajar las jaulas en el pozo.

Todos estos comandos han sido asistidos durante mucho tiempo para no cansar innecesariamente al maquinista, que debe mantener una atención sostenida en todo su puesto de trabajo.

Control

Los elementos de control están íntimamente ligados a la seguridad. Impiden que la máquina funcione en condiciones que pondrían en peligro su fiabilidad o la seguridad de su funcionamiento. Estos son, por ejemplo, los controles de temperatura, lubricación, velocidad y frenado. Un frenado demasiado violento provocaría la desaceleración de la jaula, lo que por inercia conduce al sobrepeso y como último recurso a oscilaciones (verticales) de la jaula.

seguridad

Los elementos de seguridad se refieren a la seguridad de la propia máquina pero también de todo el eje y del personal que pasa por él. Estos son los sistemas que evitan que la jaula llegue a los rodillos, que la máquina supere una determinada velocidad o un límite de carga. Tanto si la máquina se apaga en caso de fallo de alimentación como por falta de aire comprimido (el freno de emergencia se activa cuando se alcanza una presión mínima, este sistema garantiza que la máquina está bloqueada en todos los casos, ("Break safe").

Indicación

Los elementos de las indicaciones son de varios tipos.

Además de la propia máquina de extracción, el maquinista tenía ante sí la columna de las profundidades . En los flancos de esta columna vertical se deslizaron dos punteros blancos; índices. Estos dos punteros representan las jaulas. La columna (fija) tenía marcadores que simbolizaban los pisos del pozo. En teoría, para llevar la jaula a un piso determinado, el maquinista acercó el dedo índice a la marca correspondiente. En la práctica la cosa era más compleja, pero dependiendo del tipo de máquina, los maquinistas tenían consejos para colocar la jaula en el lugar adecuado. El más conocido es una línea de color en el cable y el tambor (o carrete). La columna de profundidad también llevaba dispositivos de medición eléctricos, corriente y voltaje, presión de vapor o aire comprimido, aceite lubricante. También estaba equipado en su parte superior, con dos campanas de distinto timbre que avisaban al maquinista, por su señal sonora, de la llegada de una jaula a la superficie.

Tenga en cuenta que los ascensores domésticos tienen un equivalente de la columna de profundidad, es la pantalla (destinada a los usuarios) del piso en el que se encuentra el ascensor.

El maquinista también tenía a su disposición el registrador de velocidad (Karlik) o cuerdas (Rockel). Una cuerda es una traslación completa de las jaulas. Estos dos dispositivos tenían un propósito idéntico; Mantenga un registro del movimiento de las jaulas en el pozo. Sin embargo, su modo de funcionamiento fue diferente.

  1. Karlik registró gráficamente la velocidad de la máquina, la transmisión se podía hacer por correa. Estaba equipado con un lápiz doble de diferentes colores, un lápiz para las jaulas cargadas de personal, otro para las jaulas cargadas de equipo. El Karlik también estaba generalmente equipado con un detector de velocidad de mercurio. Bajo el efecto de la fuerza centrífuga, el mercurio se hundió en el centro y el flotador descendió. Si se alcanzaba un límite de velocidad, entraba en acción un seguro.
  2. El Rockel era un registrador gráfico de las cuerdas. Tenía que permanecer sincronizado con el movimiento de las jaulas, la transmisión entre el Rockel y la máquina tenía que ser por cadena, cardán o engranajes (sin posible deslizamiento)

Estos dispositivos ahora son reemplazados por dispositivos electrónicos, pero aún existen.

Métodos especiales de extracción

Existen o han existido métodos de extracción especiales. Son particulares con respecto a un tiempo, un lugar, un material a extraer. Estos métodos específicos han dado como resultado el uso de máquinas específicas, por lo que les estamos dedicando algunas líneas.

  1. Se trata de máquinas que han permanecido en fase de prototipo o muy poco utilizadas. Citemos los dispositivos de extracción oscilantes, (el equivalente de "warocquères" o "fahrkunst") o la extracción neumática de Z. Blanchet.
  2. Se trata de máquinas que se utilizaban en lugares aislados pero donde había un río, la máquina era impulsada por la fuerza motriz del río. O cuando la extracción, aunque subterránea, se hacía en la ladera de la montaña, extracción por norias.
  3. Por la naturaleza de los productos extraídos de otras máquinas se utilizaron (o se utilizan) (caso de productos líquidos o solubles).

Poder de las máquinas mineras

Consideraciones teóricas

El poder de una máquina es su capacidad para producir trabajo en un tiempo determinado. El trabajo se define como una fuerza que mueve su punto de aplicación. La relación es P (potencia) = T (trabajo) / t (tiempo) y por lo tanto una máquina que levanta 10  kg desde 15  m en 3 segundos produce un trabajo de 150 kgm y su potencia es 150/3 o 50 kgm / s. Y dado que un caballo de fuerza equivale a 75  kgm / s , la máquina de nuestro ejemplo tiene una potencia de 2/3 caballos de fuerza. En resumen, generalmente notamos 0.66  hp o 0.66  HP (caballos de fuerza) y en kW 0.66 x 736 = 0.490  kW .

Poder real

El poder real de una máquina de extracción es de un orden de magnitud completamente diferente al del ejemplo teórico. El orden de magnitud es el de una locomotora y las potencias de las dos máquinas han evolucionado de forma muy similar a lo largo del tiempo. Algunos ejemplos documentados:

Notas y referencias

  1. "  Patrimonio técnico poco conocido de las minas de Alsacia y Moselle: las máquinas de extracción  " , en la página web del Ministerio de Cultura .
  2. Ch. Demanet , pág.  242 a 267.
  3. Ch. Demanet , pág.  217 a 233.
  4. V. Vidal , pág.  449-464.
  5. Haton de la Goupillière , p.  18.
  6. En la práctica, tales límites nunca se alcanzaron, las regulaciones mineras obligaban a los operadores a cambiar cables mucho antes.
  7. Haton de la Goupillière , capítulo 10: Extracción.
  8. Haton de la Goupillière , p.  171-223.
  9. Haton de la Goupillière , volumen 4, p.  151.
  10. V. Vidal , pág.  472.

Ver también

Artículos relacionados

enlaces externos

Bibliografía

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