TIEMPO DEL CICLO DE LOS VOLQUETES

1) RESUMEN:

El movimiento de tierras es una de las particas en la construcción que más presupuesto abarcapor lo cual se requiere ser muy minucioso en el análisis de prepuesto además de la supervisiónen el trabajo y rendimiento de las los volquetes, ya que son los encargados de transportar losmateriales de préstamo y relleno. Para así lograr una productividad eficiente y pues logremoshacer un buen metrado de la partida de movimiento de tierras, a continuación detallamosalgunos pasos a seguir para el tiempo de ciclo de un volquete el cual también dependerá de losfactores climáticos así como el estado de las carreteras por donde se va a transportar elmaterial.

2) INTRODUCCIÓN:

El transporte de material excavado, agregados y materiales de construcción así como lamovilización a obra de otros equipos, los camiones sirven para un mismo propósito: son unidadesde transporte debido a las altas velocidades, proporcionando costos de transporterelativamente bajos. El uso de volquetes o de camiones como una unidad de transporteprimario proporciona un alto grado de flexibilidad, ya que el número de unidades en serviciopuede incrementarse o disminuir fácilmente para permitir modificaciones en la capacidad totalde acarreo.

Además, se usan como criterios el número de llantas y ejes, el arreglo de las llantasdireccionales, el tipo de material transportado y la capacidad gravimétrica o volumétrica.

3) METODOLOGIA DE LA INVSTIGACIONPara los cálculos del los tiempos de ciclo de los volquetes según su capacidad de volumen se hautilizado las siguientes formulas:

3.1) El tiempo del ciclo.

Es la suma de los tiempos de carga, de ida, de descarga y de regreso.

T ciclo = T carga + T ida + T descarga + T regreso

3.2) Numero de cargas que el excavador colocara en la tova.

V camión

N = _________V cucharón

3.3) Si N es el número entero mayor, el volumen que transportará será el máximo nominal colmadode la tolva.

V = V camión

3.4) Si N es el número entero menor, el volumen que transportará será el máximo nominal colmadode la tolva.

V = N Vcarga

3.5) Tiempo de carga

Tcarga = N Tciclo

3.6) Tiempo de acarreo

D ida

T ida = ________

V ida

La carta de desempeño ofrece la máx. Velocidad

3.7) Tiempo de regreso

D regreso

T regreso = _________V regreso

3.8) Tiempo de descargaDepende del tipo de unidad que se usa para el acarreo y la congestión en la zona de descarga.Promedio entre 1.5 minutos y de 0.3 minutos bajo condiciones favorables

4) RESULTADOS.Para cotejar los resultados y poder ver si estamos logrando lo proyectado, pasaremos a evaluarlos volquetes con los siguientes teoremas.

4.1) Equilibrio de las unidades

T cicloValor de Equilibrio = ________

T carga

4.1) PRODUCCION:a) Si N volquetes (entero) < Valor de Equilibrio

VP = Nvolquetes _____

T ciclo

b) Si N volquetes (entero) > Valor de Equilibrio

V cargador

P = ________ (Recomendado)

Carga

1) CONCLUSIONES. Es muy importante revisar el tiempo de ciclo de la maquinaria que se va a

utilizar en el movimiento de tierras. Tener en cuenta las condiciones climáticas así como los rendimientos y cubicaje

de los volquetes. Se debe de tener un estudio d suelos bien elaborado en cuanto al

esponjamiento del materia se refiera, ya que de ello depende los cubicajes dematerial suelto.

Evaluar las condiciones de operatividad del volquete que se va a utilizar en laobra.

PRODUCTIVIDAD DE LOS VOLQUETES

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Posted By: Ing. Civil on 4:22 p. m.

La producción de los volquetes depende de la distancia de transporte, de la velocidad quepuede desarrollar la máquina, del estado del camino, de las características del equipo decarga, de la habilidad del chofer, etc.

donde:

C = Producción por ciclo m3/ciclo

TV = Duración del ciclo del volquete en min.

n = Número de ciclos necesarios para que el cargador frontal llene el volquete

qC = Capacidad del cucharón colmado (m3)

k = Factor del cucharón o de acarreo

ESTIMACION DE LA DURACION DEL CICLO

La duración del ciclo de trabajo de un volquete, está compuesta por los siguientestiempos:

Ø TIEMPO DE CARGA "T1"

Es el tiempo necesario par que el cargador llene el volquete (depende de la capacidad y elciclo del equipo de carga).

donde:

Te = Ciclo del equipo de carga

Ø TIEMPO FIJO

Esta formado por:

t2 = Tiempo de descarga más el tiempo de espera para iniciar esta operación

t3 = Tiempo usado para las maniobras del volquete y para que el cargador empiece laoperación de carga

De acuerdo a las condiciones de operación, se puede adoptar los tiempos fijos siguientes:

Tabla Tiempo fijo

CONDICION DE OPERACION t2 (min) t3 (min) tf = t2 + t3

Favorables 0.5-0.7 0.10-0.20 0.60-0.90

Promedio 1.0-1.3 0.25-0.35 1.25-1.65

Desfavorables 1.5-2.0 0.40-0.50 1.90-2.50

Ø TIEMPO DE ACARREO (ta)

Es el tiempo necesario para que el volquete cargado recorra la distancia existente hasta ellugar de destino. Depende de la distancia de acarreo "D" y de la velocidad que utiliza elvolquete con carga.

donde:

D = Distancia de acarreo (m)

VC = Vel. con carga en m/min.

Ø TIEMPO DE RETORNO (tR)

Es el tiempo que la volqueta requiere para regresar al lugar donde se encuentra el equipode carga. Depende de la distancia de acarreo "D" y la velocidad que puede desarrollar lavolqueta vacía.

donde:

VR = Vel. de la volqueta vacía m/min.

De acuerdo a lo anterior la duración de un ciclo de trabajo del volquete será igual:

donde:

n = Nº de ciclos del equipo de carga necesarios para llenar el volquete

TC = duración del ciclo del equipo de carga (min)

tf = tiempo fijo de la volqueta (min)

D = distancia de acarreo (m)

VC = velocidad con carga (m/min)

VR = velocidad volqueta vacía (m/min)

En caminos medianamente conservados las velocidades que pueden desarrollar losvolquetes en condiciones promedio, pueden ser las siguientes:

Tabla Tiempo de trabajo

CONDICIONES DE TRABAJO VELOCIDAD EN KM/ HORA

D<1KM D=295KM D>5KM

CON CARGA Camino plano 15-20 25-30 30-36

Con subidas y bajadas 10-15 12-16 13-17

SIN CARGA Camino plano 20-25 30-40 40-50

Con subidas y bajadas 15-20 25-35 30-40

Aplicación de simulación para laoptimización del acarreo de mineral3 septiembre, 2013 por Seguridad Minera 0 Comentarios

Uno de los principales problemas para el planeamiento de operaciones mineras acielo abierto u open pit mines, se circunscribe a una selección óptima en lacombinación de volquetes (match pala-camión) para así minimizar el costo detransportar cantidades de material desde las labores de la mina hacia su destino.Las distancias desde los diferentes puntos, el avance en la mina, así comopolíticas de secuenciación y las especificaciones que pueden varían en la vida realde una mina.

Como resultado, se dan muchas alternativas disponibles en las llegadas de losdiferentes equipos. Es necesario responder a varias preguntas para tomar ladecisión más adecuada con respecto al siguiente caso; en donde se incluyen:

1. ¿Qué tamaño de volquetes deben operar para hacer más eficiente el sistema?2. ¿Cuántos volquetes son requeridos para minimizar los costos por tiempo deespera frente a una pala?3. ¿Qué cambios físicos en la configuración, son garantías para incrementar laproducción?4. ¿Cuál será la producción total y los costos unitarios operativos, de unacombinación de volquetes y palas?5. ¿En qué momento serán requeridos un nuevo camión o pala?, ¿Cómo debenoperar estos más eficientemente?

Tradicionalmente los estudios de tiempos y movimientos son aplicados pararesponder a estas preguntas; sin embargo este propósito no es el adecuadoporque examinando los ciclos elementales, existen variaciones. Claramente seobserva que los costos y la productividad del sistema load-haul (carga-arrastre)

son estocásticos; esto es, la operación del sistema varía con el tiempo; y enconsecuencia las razones de costos y la productividad cambian.

Una ayuda para la gestión de la mina se desarrolla mediante un modelo desimulación, teniendo como objetivo principal construir un programa informático,con el fin de aplicarlo a las operaciones de acarreo de mineral y material dedesecho en una mina de tajo abierto.

Para la realización de este modelo, se plantean alternativas identificadas, parapredecir el rendimiento e incrementar la producción, ambos al mismo tiempo;introduciendo el concepto de movimiento de los camiones-volquetes.

Estudios relativosLos modelos de simulación disponibles en la industria minera, se encuentrancatalogados por los siguientes objetivos:

1. Predecir la productividad para sistemas existentes.2. Identificar y determinar el efecto de cuello de botella en el sistema.3. Cambiar o alterar un sistema existente para incrementar la productividad.4. Seleccionar equipos para completar una nueva operación.

El modeloEl presente modelo simula un sistema complejo de transporte de materiales,desde las labores de la mina hacia sus destinos, siendo fácilmente adaptable auna variedad de configuraciones de minas.

ConsideracionesBásicamente el modelo, haciendo uso de un aplicativo informático, mueve loscamiones entre sus puntos asignados de carga hacia los puntos de descargasobre rutas predeterminadas (trazos o facilidades de acceso).

Los volquetes son dirigidos a canchas donde se encuentra el mineral que estáempezando a ser sacado de la mina; enviándose a los puntos de descarga, cada

pala tiene un cierto número de camiones asignados y dos rutas asociadas: unapara el mineral y otra para el desecho. Así, al asignar hasta 10 camiones comomáximo a cada pala; y teniendo también como máximo 10 palas, entonces en elsistema están moviéndose hasta 100 volquetes.

Para la aplicación del modelo, es necesario una información general que incluye:1. Tiempo de operación por turno.2. Tipo de material (mineral o desecho) a ser cargado.3. El ratio del mineral con respecto al total de material de minería.

Los datos requeridos para las palas son: número, tipo y tiempo del ciclo de carga.Para los camiones son: número y tipo de camión, características deldesempeñodel equipo, peso del vehículo vacío, capacidad de la tolva (payloader), velocidad yaceleración máxima del vehículo; así como las tasas de desaceleración. Tambiénson importantes las características del perfil del sistema, como las distribucionesdel tiempo de servicio.

Los procesos de carga y descarga, considerados como aplicación de los métodosestocásticos. La simulación aplica el concepto determinístico, cuando se refiere ala travesía del vehículo, porque hace uso de los conceptos de la mecánica delmovimiento de los cuerpos.

Simulación determinísticaEl movimiento es generalizado por la linealización a través de pequeños intervalosde incremento de tiempo, así, para un pequeño intervalo de tiempo, la suma de lasfuerzas y aceleración se puede considerar constante. A partir de las fórmulas delmovimiento rectilíneo, se tiene lo siguiente:

Las relaciones arriba mencionadas, sugieren un procedimiento iterativo parausarse en la modelación. Para un pequeño intervalo de tiempo, consideramos laaceleración constante y determinamos una velocidad terminal, la cual permitecalcular la característica rimpull, desde las curvas de desempeño; este parámetrofija una nueva tasa de aceleración para el siguiente incremento de tiempo y asípoder seguir el proceso iterativo.

Las distancias recorridas son continuamente registradas para proveer lainformación actual de la posición del vehículo en el sistema. Al no haber cambiosen el perfil del sistema (en algún tramo de las facilidades de acceso), existe unavelocidad máxima que resulta ser la velocidad crítica, no pudiendo exceder estelímite; es decir, no existe más potencia para acelerar. Cuando el perfil cambia, unnuevo juego de fuerzas se están cumpliendo y una nueva tasa de aceleración, yasea positiva o negativa. La aplicación de estos conceptos se muestra acontinuación.

El peso total de un camión es igual a:

En las figuras 1 y 2 se muestra el cálculo a partir de la curva rimpull-speed, y cómose evalúa para cada tramo entre X1 y X2, con una velocidad S1. En el tiempo t1, auna velocidad S1, en un camino con una resistencia al rodamiento K y unaresistencia por gradiente G (en porcentaje) para el tramo X2 – X1. Siendo g laaceleración debido a la gravedad y la actual aceleración del camión se asumenconstante para el intervalo Ät, entonces en X1 el rimpull disponible será R1 Kg., yla resistencia al movimiento:

Figura 1: Esquema de la curva

Figura 2: Esquema del perfil de acceso

De aquí, la fuerza de la aceleración es igual a:

Mientras que la aceleración, es:

Finalmente, si la velocidad en t + Ät, es S2 y la distancia atravesada en el tiempoÄt es D, entonces:

y

La nueva velocidad S2 determina un nuevo rimpull en X’, que a su vez determinauna nueva aceleración para el siguiente intervalo.

La utilización óptima de un camión, depende de cómo operan en la mina losconceptos de disponibilidad y utilización de la potencia.

Cuando un camión se encuentra atravesando un acceso, con una gradiente; elproblema inicial es determinar la cantidad de potencia requerida para atravesar elsegmento; y segundo la selección de equipos con sus características rimpull quesatisfacen esta condición. Los factores que envuelven el cómputo de la potenciautilizada, son referidos como fuerza resistiva.

Fuerzas resistivasUn vehículo posee dos tipos de fuerzas resistivas: rodamiento y resistencia a lagradiente. La resistencia por rodamiento, puede ser definida como una fuerza deretardo por la superficie del camino, producto de las llantas del camión. Aquí seincluyen la fricción en las ruedas, la flexión y la penetración de las llantas;

expresadas en libras de arrastre por tonelada de peso del vehículo o como unporcentaje equivalente de la gradiente. Una unidad porcentual de gradiente esconsiderado equivalente a una fuerza de 20 libras por tonelada de peso delvehículo. (Ver tabla 1)

La segunda es el grado de la resistencia a la gradiente; que es la fuerzagravitatoria que se debe al movimiento del vehículo, sobre una inclinación. Estopuede ser expresado también como libras por tonelada del peso del vehículocomo su equivalente de gradiente; y es un prefijado con un signo más o menos,para identificar la dirección de la pendiente. Cuando la gradiente es hacia arriba,este efecto es una fuerza de retardo; en el caso de dirección descendiente, lagradiente es una fuerza de ayuda y esta es comúnmente denominada gradientede asistencia (G. A.).

Nuevamente, un valor común de 20 lb por tonelada es equivalente a un porcentajede gradiente usado. Para calcular la resistencia al gradiente, se hace uso de lasiguiente fórmula:

La resistencia al rodamiento y la resistencia a la gradiente, son adicionadasalgebraicamente al rimpull del camión, a fin de obtener la fuerza resultante de tipo

halar. El control del requerimiento de potencia, para un desempeño aceptable esuna combinación de ambas resistencias: rodamiento y gradiente.

La fuerza es necesaria para vencer la resistencia y proveer aceleración; donde eltotal de resistencia al movimiento del vehículo, es tomada como la suma de laresistencia de arrastre y de rodamiento.

Gráficamente las consideraciones de la potencia, para vencer las fuerzas deresistencia son presentadas en la figura 3.

Figura 3: Límites de Tracción

El área de potencia utilizable está limitada por la aplicación del factor de tracción,que aparece superpuesto en la figura. Este factor es referido como el coeficientede tracción y se refiere a la habilidad de las ruedas del camión a vencer lasuperficie del camino.

En la tabla 2, se presentan los valores típicos de coeficientes de tracción, envarias condiciones. Así, por ejemplo, para el caso del hielo con valor 12; significaque debe exceder en 12 por ciento del peso del vehículo dado en libras (poundspull). La limitación a la tracción, puede ser expresada:

Otras consideracionesLa parte estocástica del modelo, se refiere a las variables aleatorias referidas a lasoperaciones de carga y descarga; desde sus respectivas distribuciones deprobabilidad. Se pueden definir para cada binomio pala-camión, su distribuciónparticular de probabilidades.

El simulador ha sido diseñado para aceptar, tiempos de carga con variable normal;con una media y una desviación estándar, por su parte, el tiempo de descarga seconsidera distribuido exponencialmente con una media.

El modelo diseñado con el lenguaje Visual Basic, desde su entrada estándardefinida en sus parámetros y variables, ejecuta la Simulación ayudándose deexpresiones, para obtener un reporte de estadísticas en el turno de producción,sobre colas, utilización de los equipos, etc.

La información del reporte final, incluye:1. El número de cargas y toneladas de mineral y desecho, llevados por cadacamión desde cada pala.2. La utilización de cada pala.3. El tiempo promedio de espera frente a cada pala.4. El tiempo total de espera frente a cada pala.

Definiendo la variable TYPE (i,j), usada como identificador de la siguienteoperación desarrollada por el camión j; existiendo a su vez tres grandesoperaciones: loading o carga, traveling o travesía y descarga o dumping. Para elcaso de travesía, se deberá definir la ubicación exacta del camión, para efectos deanimación y monitoreo.

Dentro de las facilidades de acceso, se deberá incluir el número de laslocalizaciones, siendo igual a la suma de los segmentos de travesía más lospuntos de carga y descarga. Esta suma es dependiente al número de palas ysitios de descarga; de acuerdo a la siguiente relación matemática:

En la figura 4, se presenta un sistema de 4 palas; en este caso existen (2 N1)+4 =2(4)+ 4 = 12 tipos. Por ejemplo para TYPE (2, 3) = 1, significa que el camión 3desde la pala 2, se mueve de c a b.

Figura 4: Esquema de 4 palas eléctricas

Artículo publicado en la revista Suguridad Minera n° 105. Escrito por Carlos Omar Maxera

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