Pauta Guía P&t.docx

1) Se requiere perforar una roca que posee una densidad de 2,65[gr/cm³], además se sabe que la velocidad ascensional del aire es de 108[km/hr]. De la perforadora se tiene que el diámetro del barreno es de 152,4[mm] y el diámetro de la barra es de 76,2[mm]. Calcule: a) Diámetro de la partícula. b) Caudal de aire. Utilizando: 𝑉𝑎 = 250 ∗ 𝜌𝑟 0,5 ∗ 𝑑𝑝 0,5

(𝐷2 − 𝑑 2 ) 𝑄𝑎 = 𝑉𝑎 ∗ = 𝑉𝑎 ∗ 𝐴𝑏 1,27 En donde: 𝑉𝑎 = 108 [

𝑘𝑚 𝑚 ] = 1800 [ ] ℎ𝑟 𝑚𝑖𝑛

𝐷 = 152,4[𝑚𝑚] = 0,1524[𝑚] 𝑑 = 76,2[𝑚𝑚] = 0,0762[𝑚] Por lo tanto: a) 𝑉𝑎 = 250 ∗ 𝜌𝑟

0,5

∗ 𝑑𝑝

0,5

2

2 1800 ⟹ 𝑑𝑝 = ( ) =( ) = 19,56[𝑚𝑚] 250 ∗ 2,650,5 250 ∗ 𝜌𝑟 0,5

𝑉𝑎

b)

𝑄𝑎 = 𝑉𝑎 ∗

(𝐷2 − 𝑑 2 ) (0,15242 − 0.07622 ) 𝑚3 = 1800 ∗ = 24,69 [ ] 1,27 1,27 𝑚𝑖𝑛

2) Se tienen los siguientes datos: Caudal del aire de 0,5 [m³/s]. Diámetro de la partícula de 0,025 [m]. Densidad de la roca de 2550 [kg/m³]. Calcular: a) Área de la corona entre la barra y la pared del barreno. b) Velocidad ascensional del aire.

Utilizando:

𝑄𝑎 = 𝑉𝑎 ∗

(𝐷2 − 𝑑 2 ) = 𝑉𝑎 ∗ 𝐴𝑏 1,27

𝑉𝑎 = 250 ∗ 𝜌𝑟 0,5 ∗ 𝑑𝑝 0,5

En donde: 𝑚3 𝑚3 𝑄𝑎 = 0,5 [ ] = 30 [ ] 𝑠 𝑚𝑖𝑛 𝜌𝑟 = 2550 [

𝑘𝑔 𝑔𝑟 ] = 2,55 [ ] 𝑚3 𝑐𝑚3

𝑑𝑝 = 0,025 [𝑚] = 25[𝑚𝑚] Por lo tanto: 𝑉𝑎 = 250 ∗ 𝜌𝑟 0,5 ∗ 𝑑𝑝 0,5 = 250 ∗ 2,550,5 ∗ 250,5 = 1996,09 [

𝑚 ] 𝑚𝑖𝑛

(𝐷 2 − 𝑑 2 ) 𝑄𝑎 30 𝑄𝑎 = 𝑉𝑎 ∗ = 𝑉𝑎 ∗ 𝐴𝑏 ⟹ 𝐴𝑏 = = = 0,015 [𝑚2 ] 1,27 𝑉𝑎 1996,09

3) Si la resistencia a la compresión uniaxial es de 1000 [Bar], el diámetro de la perforación es de 15,24 [cm] y la velocidad de rotación es de 75 [r/min] Calcule: a) El empuje mínimo. b) El empuje máximo. c) Tipo de perforadora. d) Rango de aplicación. e) Velocidad de penetración mínima y máxima según Praillet.

Utilizando: 𝐸𝑚 = 28,5 ∗ 𝑅𝐶 ∗ 𝐷 𝐸𝑚á𝑥 = 2 ∗ 𝐸𝑚

𝑉𝑝 =

63,9 ∗ 𝐸 ∗ 𝑁𝑟 𝑅𝐶 2 ∗ 𝐷0,9

En donde: 𝑅𝐶 = 1000 [𝐵𝑎𝑟] = 100 [𝑀𝑝𝑎] 𝐷 = 15,24 [𝑐𝑚] = 6[𝑝𝑢𝑙𝑔] = 152,4[𝑚𝑚] a) 𝐸𝑚 = 28,5 ∗ 𝑅𝐶 ∗ 𝐷 = 28,5 ∗ 100 ∗ 6 = 17100 [𝑙𝑏] = 7756,43 [𝑘𝑔] b) 𝐸𝑚á𝑥 = 2 ∗ 𝐸𝑚 = 2 ∗ 17100 = 34200 [𝑙𝑏] = 15512,86 [𝑘𝑔] c) Tricono

d) Bancos Medios a Bancos grandes – altas producciones e) 𝑉𝑝 (mín) = 𝑉𝑝 (máx) =

63,9 ∗ 𝐸 ∗ 𝑁𝑟 63,9 ∗ 7756,43 ∗ 75 𝑚 = = 40,32 [ ] 2 0,9 2 0,9 𝑅𝐶 ∗ 𝐷 100 ∗ 152,4 ℎ

63,9 ∗ 𝐸 ∗ 𝑁𝑟 63,9 ∗ 15512,86 ∗ 75 𝑚 = = 80,64 [ ] 𝑅𝐶 2 ∗ 𝐷0,9 1002 ∗ 152,40,9 ℎ

4) Describa el comportamiento de la velocidad de penetración en función del empuje y de la velocidad de penetración con respecto a la velocidad de rotación. A medida que aumenta el empuje la velocidad de penetración también aumenta, esto sólo ocurre en caso de que la velocidad de rotación, el diámetro del tricono y la resistencia a la compresión se mantienen constantes. En el gráfico de velocidad de penetración versus empuje, se tendrán tres etapas, las cuales son: etapas de empuje insuficiente, etapas de avance eficiente y etapas de tricono enterrado.

Por otra parte, se tiene que, al aumentar la velocidad de rotación, aumenta la velocidad de penetración hasta llegar a un punto en la que se mantiene constante, este punto límite es impuesto por la evacuación de detritus, esto se puede observar del siguiente gráfico:

5) ¿Cómo afecta la velocidad de penetración al costo por metro perforado? ¿qué consecuencias puede tener una velocidad muy alta? A mayor velocidad de penetración, disminuye el costo por metro perforado:

Esto también se puede observar relacionando la ecuación de costos del metro perforado con los costos en aceros. Por otra parte, se tiene que al tener una velocidad de penetración muy alta tiene las siguientes consecuencias:  Decrecimiento de la vida de los rodamientos.  Decrecimiento en la vida de la estructura de corte.  Desgaste de la carcasa del cono.  Perdida de sustentación de los insertos.  Daños a la columna de perforación.

6) Indique las diferencias entre martillo en cabeza, tricono y martillo de fondo. ¿Para qué se usa cada uno de ellos? 

Martillo en cabeza: Se basa en la rotación y percusión, éstas se producen fuera de la perforación, en donde se transmite por la espiga y las barras hasta llegar a la broca de perforación. Los matillos pueden ser accionados de forma neumática o hidráulica. Se usa para rocas que tengan una resistencia a la compresión mayor a 10 [Mpa] y se requiera un diámetro de pozo menor o igual a 3 pulgadas (Bancos pequeños y perforadoras manuales).

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Martillo de fondo: Se basa en la percusión que se realiza sobre la broca de perforación y la rotación que se efectúa fuera de la perforación. La rotación puede realizarse de manera hidráulica o neumática, mientras que la acción del pistón se lleva a cabo de manera neumática. Se usa para diámetros de perforación desde las 3 pulgadas a 15 pulgadas, abarca desde bancos medios a bancos grandes.



Tricono: Se basa en el principio de perforación rotatoria, que posee dos acciones combinadas, la indentación que es cuando los dientes o insertos penetran en la roca debido al empuje sobre la boca y el corte que es cuando la roca se fragmenta debido al movimiento lateral de desgarre de los conos al girar sobre el fondo del barreno. La fuerza de avance se produce al introducir los botones del tricono en la roca. Este empuje se transmite al varillaje mediante una cadena de accionamiento hidráulico. La magnitud del empuje no debe sobrepasar cierto umbral para evitar el agarrotamiento del trépano sobre la roca y otro tipo de fallos. Se usa para diámetros mayores a 5 pulgadas y en bancos medios a bancos grandes.