Tri Conos

TRICONOS TRICONOS La aparición de los triconos como herramienta de perforación se remonta al año 1910, puede decirse que hasta el desarrollo de los equipos rotativos en la década de los 60 no se logró un perfeccionamiento en el diseño y fabricación de este tipo de bocas que hiciera su utilización masiva en minería. En un principio, sólo eran aplicables en formaciones rocosas blandas o de poca resistencia, pero, en la actualidad, estos útiles han permitido a la perforación rotativa competir con otros métodos empleados en rocas duras. El trabajo de un tricono se basa en la combinación de dos acciones:

Esquemas del Trepano

Indentación: Los dientes o insertos del tricono penetran en la roca debido al empuje sobre la roca. Este mecanismo equivale a la trituración de la roca.

Corte: Los fragmentos de roca se forman debido al movimiento lateral de desgarre de los conos al girar sobre el fondo del barreno. La acción de corte sólo se produce, como tal, en rocas blandas, ya que en realidad es una compleja combinación de trituración y cizalladura debido al movimiento del tricono.

CRITERIOS DE DISEÑO Los criterios de diseño que definen un tricono son:

ANGULO DEL EJE DEL CONO Uno de los aspectos más importantes que se tiene en cuenta en el diseño de un tricono, es el ángulo que forman los ejes de los conos con la horizontal. Este ángulo determina el diámetro del cono dentado de acuerdo con el diámetro del barreno. Si aumenta el ángulo el diámetro del cono debe disminuir y recíprocamente.

DESCENTRAMIENTO Otro factor a tener en cuenta en el diseño es el descentramiento u «offset» de los ejes de rotación de los conos. En el caso de rocas duras, este descentramiento es prácticamente nulo, con lo que el arranque de la roca se efectúa por trituración al sufrir los conos un movimiento de rodadura perfecta. En rocas blandas se tiende a que el descentramiento sea mayor, obteniéndose así la rotura de la roca por desgarre o ripado, ya que los conos experimentan un movimiento de deslizamiento junto con el de rotación. En rocas de tipo medio se combinan por igual ambos efectos de rotación y deslizamiento, obteniendo el arranque de la roca por trituración y desgarre.

ANGULO DEL CONO El ángulo del cono es inversamente proporcional al ángulo del eje del cono, de forma que cuando éste aumenta el ángulo del cono debe disminuir para evitar las interferencias entre los conos.

MATERIALES DE LOS TRICONOS Los materiales que está constituido un tricono son:

  Acero   Tratamiento Cobertura de plata   Lubricación Compuestos de Caucho Aplicación de material duro Carburo de tungsteno Compactos con Diamante   Soldadura

        

LONGITUD DE LOS DIENTES En un tricono de dientes la longitud de éstos está definida por la profundidad de la fresa en el cono. Si el tricono es de insertos, la longitud vendrá dada por la parte visible de los botones de metal duro.

ESPESOR DEL CONO Se debe disponer de un espesor mínimo para asegurar la resistencia estructural del cono. El espesor está determinado por el tamaño de los cojinetes, por la profundidad de la fresa en los triconos de dientes y por la profundidad de encastramiento en los de botones.

METALURGIA DE LOS MATERIALES DEL TRICONO Uno de los éxitos conseguidos en la fabricación de los triconos ha sido el empleo de aleaciones especiales diferentes para cada uno de los elementos que lo constituyen.

TIPOS DE TRICONOS Existen dos tipos de triconos:  

De dientes. De insertos.

Los triconos de dientes tienen la ventaja de su bajo coste, pues valen la quinta parte que uno de insertos. Sin embargo, las ventajas de los de insertos son:      

Mantienen la velocidad de penetración durante la vida del tricono. Requieren menos empuje para conseguir una velocidad de penetración. Precisan menos par, y así disminuyen las tensiones sobre los motores de rotación. Reducen las vibraciones, produciendo menos fatigas en la perforadora y en el varillaje. Disminuye el desgaste sobre el estabilizador y la barra porque los insertos de carburo mantienen el diámetro del tricono mejor que los de dientes. Producen menos pérdidas de tiempo por cambio de bocas y menores daños a las rocas.

SELECCION DEL TIPO DE TRICONO El tipo de tricono ha de elegirse en consonancia con el terreno a perforar. Los triconos para terrenos más blandos pueden ser de dientes de acero, tallados sobre el propio cuerpo de los conos. Actualmente han sido sustituidos por los de insertos de carburo de tungsteno, más resistentes al desgaste. (Bernaola Alonso, 2013, pág. 28). En la selección del tipo de tricono influyen fundamentalmente la resistencia a compresión de la roca y su dureza. Normalmente, los usuarios envían muestras a las compañías fabricantes de triconos para que asesoren sobre el tipo de boca a utilizar, velocidades de penetración probables y duración en metros.

TRICONOS DE DIENTES Los triconos de dientes se clasifican en tres categorías, según el tipo de formación rocosa: blanda, media y dura.

Formaciones blandas. Utilizan dientes más grandes y espaciados para los dos tipos de identacion (Insertos y dientes) con ángulos de cortes más agudos y rodamientos más grandes.

Formaciones medias. Utilizan dientes más cortos y espaciados más pequeños, su ángulo es menos drástico y rodamiento robusto.

Formaciones duras. Conos cortos robustos y resistentes al desgaste, el ángulo y el tamaño de los rodamientos son bastantes parecidos. (Astudillo, Toro, Espinoza , & Espinoza, 2014)

Triconos de insertos Existen cuatro tipos de tríconos, que se diferencian en el diseño y tamaño de los insertos, en el espaciamiento de los mismos y en la acción de corte.

Clasificación general de los triconos de insertos

EFECTOS DE LOS PARAMETROS DE OPERACION SOBRE LOS TRICONOS Las principales variables de operación en la perforación r otativa son:  

El empuje o peso sobre la boca. La velocidad de rotación.

EFECTO DEL PESO SOBRE LOS COJINETES. La vida de un cojinete es inversamente proporcional al cubo del peso ejercido sobre el mismo. Pero como en los triconos se emplean elementos de fricción que sufren desgastes y fatigas. esta relación no es válida y se acepta que la duración de un cojinete es inversamente proporcional al peso elevado a una potencia que varía entre 1.8 y 2.8.

Efecto del peso sobre los elementos de corte El peso excesivo produce la rotura de los insertos y el desgaste de la estructura de corte en rocas duras. En formaciones blandas y no abrasivas, la estructura de corte raramente limita la vida del tricono y un empuje alto no da lugar a daños, siempre que exista suficiente aire para limpiar el fondo del barreno.

Efecto de la velocidad de rotación sobre la vida de los cojinetes La vida de los cojinetes es inversamente proporcional a la velocidad de rotación.

Efecto de la velocidad de rotación sobre los elementos de corte En formaciones abrasivas el desgaste de los insertos aumenta con la velocidad de rotación. En formaciones duras, una alta velocidad de rotación produce roturas de los insertos por impacto.

SELECCION DE TOBERAS Los triconos se diseñan para que una parte del aire, que aproximadamente es un 20%, se aproveche para la refrigeración y limpieza de los cojinetes. El resto del aire pasa a través de unas toberas, con el fin de limpiar los conos dentados y producir la turbulencia necesaria para iniciar la elevación del detritus a través del espacio anular. Estas toberas disponen de unos diafragmas, los cuales pueden cambiarse de posición para obtener las condiciones adecuadas y conseguir una limpieza efectiva en el fondo del barreno. También, pueden utilizarse toberas recambiables para el mismo fin. Para el cálculo del diámetro de las toberas, según se disponga de una sóla o de tres, se utilizan las siguientes expresiones

 =  =



Para 1 Tobera

.( +.)



 3 

130.01(  32.4)

Donde:   

Dt = Diámetro de la tobera (mm). Qa = Caudal de aire (m3 /min). Pa = Presión de salida del compresor (KPa).

EJEMPLO DE SELECCION DE UN TRICONO En una explotación se desea perforar con un diámetro de 9" (229 mm) una roca con una resistencia a la compresión de 30.000 lb/pulg2 (206,8 MPa).

a) El empuje máximo sobre un tricono de 9" viene dado por la expresión:  = 810 ×   = 810 × 9 = 65.61 

 = 7.29

 

b) El empuje por unidad de diámetro multiplicado por 5 indica la resistencia a compresión máxima que puede ser perforada por esa boca al empuje máximo. En este caso se tiene 7.290 x 5 = 36.450 lb/pulg2 (251,3 MPa), Juego la operación puede realizarse.

c) El empuje que debe proporcionar la perforadora se calcula a partir de la resistencia de la roca y del diámetro: -5- 30.000 X 9 = 54.000 lb.

d) El tipo de tricono viene indicado por el valor entero que resulta de dividir la resistencia a compresión de la roca, en Jb/pulg. 2, por 10.000. En este ejemplo deben ser del tipo III, es decir con insertos de carburo de forma cónica.