INFORME FINAL

CODIGO DEL PROYECTO N 203-3543

COLUMNA DE PERFORACIN PARA FAENAS MINERAS

FONTEC-CORFO

THIESSEN SA.-

02 DE JUNIO DEL AO 2004.

PRESENTACIN

En el ltimo decenio, se constata que el pas ha sabido ~il(erHar ~\)n xito el desafo impuesto por la poltica de apertura en i0$ macados internacionales, alcanzando un crecimieJ1lo )' desarrollo econmico sustentable, con un sector empresarial dinmico. innovador ,. capaz de adaptarse rpidamente a las seales del mercado.

Sin embargo, nuestra estrategia de desarrollo, fundada en el mayor esfuerzo exportador y en un esquema que principalmente hace uso de las ventajas comparativas que dan los recursos naturales y la abundancia relativa de la mano de obra, tender a agotarse rpidamente como consecuencia del propio progreso nacional. Por consiguiente, resulta determinante afrontar una segunda fase exportadora que debe estar caracterizada por la incorporacin de un mayor valor agregado de inteligencia, conocimientos y tecnologas a nuestros productos, a fin de hacerlos ms competitivos.

Para abordar el proceso de modernizacin y reconvemon de la estructura productiva del pas, reviste vital importancia el papel que cumplen las innovaciones tecnolgicas, toda vez que ellas confieren sustentacin real a la competitividad de nuestra oferta exportable. Para ello. el Gobierno ofrece instrumentos financieros que promueven e incentivan la innovacin y el desarrollo tecnolgico de las empresas productoras de bienes y servicios.

El Fondo Nacional de Desarrollo Tecnolgico y Productivo FONTEC, organismo creado por CORFO, cuenta con los recursos necesarios para financiar Proyectos de Innovacin Tecnolgica, formulados por las empresas

. del sector privado nacional para la introduccin o adaptacin y desarrollo de productos, procesos o de equipos.

Las Lneas de financiamiento de este Fondo incluyen, adems, el apoyo . a la ejecucin de proyectos de Inversin en Infraestructura Tecnolgica y de Centros de Transferencia Tecnolgica a objeto que las empresas dispongan de sus propias instalaciones de control de calidad y de investigacin y desarrollo de nuevos productos o procesos.

De este modo se tiende a la incorporacin del concepto Empresa -Pas, en la comunidad nacional, donde no es slo una empresa aislada la que compite con productos de calidad, sino que es la "Marca - Pas la que se hace presente en los mercados internacionales.

El Proyecto que se presenta, constituye un valioso aporte al cumplimiento de los objetivos y metas anteriormente comentados.

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INDICE

TEMA

A.- ANTECEDENTES GENERALES

B.- DESCRIPCION DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS

ETAPA N 1 ; DEFINICION DE LAS MATERIAS PRIMAS

ETAPA N 2 ; DESARROLLO EXPERlMENT AL DE LOS PRODUCTOS

ETAPA N 3 ; PRUEBAS

C.- RESULTADOS y CONCLUSIONES

D.- BIBLIOGRAFIA

F.- ANEXOS F.l.- ETAPAS FABRICACION PUNTAS F.2.- FOTOGRAFIAS DESARROLLO EXPERIMENTAL F.3.- CARTA GANTT F.4.- COMPROBANTES

PAG.

3

5

7

21

26

36

36

38 45 44 45

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A.- ANTECEDENTES GENERALES:

A.1.- Etapas de Desarrollo:

El proyecto se centr en realizar los estudios destinados a desarrollar tecnologa en la fabricacin de columnas de perforacin en material plstico, polmeros con propiedades de alta resistencia mecnica y atributos de flexibilidad y manipulacin que se pueden indexar con el uso de nuevos materiales permitiendo la posibilidad de crear nuevas configuraciones de mayor eficiencia en lo tcnico y econmico en comparacin a las barras tradicionales que se fabrica en acero con los inconvenientes tcnicos propios que presenta el materiales con el cual fue construido y que se detalla mas adelante.-

El proyecto se centra entonces en configurar un producto fabricado en polmeros especiales y sus mezclas a determinar con los anlisis de ste proyecto, para fabricar barras de perforacin en una sola pieza con caractersticas tcnicas definidas y especificas, barras destinadas al uso en la colocacin de elementos explosivos en faenas mineras a tajo abierto.-

Caractersticas de una Barra de Perforacin

La columna de perforacin esta compuesta bsicamente por tres partes principales: el adaptador superior, que se monta sobre la maquina perforadora rotativa, el tren de barra que dependiendo de la extensin de la columna puede estar conformado por una hasta tres barras, el adaptador de tri cono, el tri cono propiamente tal el cual est conformado por tres conos con insertos de carburo de tungsteno que con rotacin y empuje provenientes del cabezal de la perforadora, trituran la roca y profundiza la perforacin. La totalidad de la columna esta fabricada de acero dulce o de aleacin trmicamente tratado, para conseguir los requerimientos tcnicos adecuados, cada pieza de la columna se atornilla una sobre otra armndose la unidad que constituye el tren de perforacin que montada sobre un equipo denominado perforadora rotativa, la hace girar con una velocidad dependiente de las caractersticas del terreno.

Las fuerzas mecnicas que se ejercen sobre esta barras son enormes, producindose atascamientos, por los constantes acoples y desacoples, en cada faena destinados a montar y desmontar la columna de perforacin trae como consecuencia una importante inversin en horas hombres adicionalmente deben

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utilizarse grasas y aceites especiales para poder separar cada parte de de la columna, grasa que posteriormente es retirada mediante un lavado con agua produciendo una contaminacin adicional.-

La velocidad de giro, y presin para efectuar la perforacin, genera una gran turbulencia de material en el interior del pozo de perforacin que posteriormente es expulsado hacia la superficie por accin de la misma fuerza centrifuga hace que roca y granito choque en forma violenta contra las paredes de la barra produciendo de esta manera, un rpido y continuo desgaste del acero el cual requiere refuerzo y reparacin, trayendo como consecuencia perdida de la vida til de la unidad y costos de operacin ya que no queda ms que cambiar la barra y reparar la parte daada.-

Nuestra propuesta tecnolgica ms importante apunt a la fabricacin de una nueva barra compuesta preferentemente en su totalidad de una sola pieza, evitando las perdidas de tiempo en acoples y desacoples de la unidad, por otra parte dar nuevas caractersticas tcnicas a la parte de la barra sometida a mayor friccin y abrasin, que es la parte que inicia el proceso de perforacin y recibe el mayor impacto y accin mecnica.- Adems se pretende encontrar nuevos materiales que permitan el diseo de roscas auto lubricadas que minimicen el actual atoramiento de los acoples.

Si bien nuestra propuesta de investigacin apuntaba a en principio a entregar un informe de avance para el da 16 de Octubre del 2003, actividades que coincidieron con nuestros ciclos altos de produccin as como nuevas negociaciones con nuestros socios extranjeros, nos impusieron un reasignacin de nuestros recursos humanos y estructurales que no tenamos previsto.-

Paralelamente a ello, nos encontramos actualmente en la etapa de Certificacin del Sistema ISO 9000-2000 a travs del Profo M CORFO.Asimet y paralelamente estamos trabajando en Profo Interexport II tambien a travs de CORFO-Asimet.

Este informe comprende las actividades desarrolladas desde 16/07/2003 hasta 30/11/2003.- Hasta la fecha el proyecto se encuentra avanzado desarrollado completamente el capitulo nO 1 y parte del capitulo nO 2, como se vera en detalle en la informacin a continuacin en este informe.-

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B.- DESCRIPCION DE LAS ACTIVIDADES DESARROLLADAS

El proyecto total fue concebido para una duracin de 7 meses, pero ciertas actividades del desarrollo que necesariamente necesitan pasar por una prueba real han motivado su extensin a lo menos en cuatro meses adicionales a la fecha de trmino prevista originalmente para mediados de mayo 2004,situacin que solicitamos evaluar y considerar, segn avance de las pruebas y sus resultados experimentales.-

El programa de trabajo fue concebido como la repeticin de ciertas actividades hasta alcanzar los Objetivos Tcnicos propuestos, como se detalla en el Programa de Ejecucin, el proyecto se estructuro en 3 etapas, y la metodologa de trabajo se ha centrado en la evaluacin, anlisis, diagnostico que nos llevaron al diseo de un proceso especfico en la fabricacin de barras de perforacin en base a diversos polmetros a probar en el desarrollo experimental, se consider el uso de materiales plsticos denominados, plsticos de ingeniera, por presentar ciertas caractersticas adecuadas para ste uso, de gran ayuda fue el consultor Carlos Quezada, quien con la experiencia acadmica y practica nos permiti acotar una gran cantidad de pruebas y ensayos, mediante el desarrollo de modelos tericos basados en el comportamiento fisico y qumico de las materias primas asociadas en definitiva al proyecto de investigacin.-

Los plsticos de ingeniera presentan caractersticas adecuadas en cuanto a propiedades mecnicas, trmicas y qumicas. Dada las especificaciones tcnicas que demanda los atributos del producto, La fabricacin de estas barras, demanda una adecuada configuracin seleccin y formulacin del material tcnico a utilizar, as como los diferentes mezclas o tratamientos que marcarn los atributos del producto final.

La seleccin y configuracin adecuada de los materiales se constituyo en el centro de nuestra propuesta de investigacin que conjugado con un nuevo diseo de ingeniera que cuantificado y calificado en sus aspectos fisicos y qUlmlcos permiti desarrollar y medir los efectos de las fuerzas fisicas involucradas en una faena de perforacin se pudieron identificar los puntos crticos que permitieron ir avanzado sobre el requerimiento de materiales y diseo adecuado.-

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Por tanto el proyecto demando: El desarrollo de alternativas de materiales, un diseo de ingeniera adecuado para la barra, cuyo comportamiento fsico es distinto que el de una barra de acero.

Tomando en consideracin los materiales y las condiciones mecnicas a la cuales es sometido el producto, las pruebas debern llevarse a cabo en diferentes tipos de terreno de tal manera de verificar su comportamientos fsicos y en especial medicin de variables especificas como resistencia a la abrasin, flexin, fuerza de empuje, torqu de operacin, presin del aire, velocidad de operacin, velocidad de giro ms adecuada, vida til y especificaciones tcnicas, para cada configuracin de prototipo a analizar.-

Establecido los sistemas y configuraciones que permitan desarrollar la barra de perforacin en los materiales bsicos especificados, se proceder a realizar pruebas pilotos en una primera etapa en terreno.

Nuestro Ingeniero Consultor, respaldar la calidad y propiedades del producto, lo que permitir optimizar a la vez los atributos que permitan maximizar una respuesta favorable de los potenciales consumidores, al introducir al mercado productos con una ptima calidad como lo exige un cliente exigente altamente profesional del rubro minero.-

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Todo el desarrollo experimental se planteo bajo el siguiente esquema de trabajo:

Alcances y Aplicaciones

I Detenninacin de Soluciones:

-Mecnicas

-Tnnicas

-Qumicas

-Otras

I Aspectos Aspectos I Alternativas I Constructi vos Dimensionales

I I

Modificaciones

I I I Diseo _1 Evaluacin

Disefio Final

Planos y Esquemas

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Plan de Trabajo:

El proyecto contemplo que los objetivos tcnicos del proyecto fueran alcanzados de acuerdo a la siguiente etapas de trabajo:

1.- Una etapa de Definicin de las materias primas (Actividad 1), que permiti integrar en las caractersticas o atributos de los productos, los requerimientos tcnicos que conforman sus especificaciones, una de tas etapas importantes fue acotar los tipos de materiales plsticos, buscar los polmeros, que presenten caractersticas o atrbutos adecuados destinados a configurar los requerimientos tcnicas del que debe cumplir una barra de perforacin para faenas mineras.-

Dentro de esta actividad se contempl la evaluacin tcnica de cada material proponente.-Los materiales a Ensayos:

Polietileno de alta densidad Polietileno de ultra alto peso molecular

- Poliuretano - Polipropileno

Poliamida Poliamida ( Tipos: por colada, extruida y reforzada) Polioximetileno.-

Es posible adicionalmente que dependiendo del resultado de las pruebas parte de la estructuracin de la barra pueda ser mixta acero polmetro.-

Anlisis Conceptual del Material, Inferir comportamiento.-Anlisis Conceptual Seleccin tcnica econmica preliminar de cada alternativa

- Desarrollo y Fabricacin Propiedades Mecanizas

- Dimensiones Fsicos Requeridas. Parmetros tcnicos de Operacin.

Evaluacin Tcnica Generacin de alternativas de materiales Seleccin tcnico factible Proceso de fabricacin

- Diseo bsico de Barra

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2.- Una etapa de Desarrollo Experimental de los Productos (Actividad 2), Una de las etapas claves de este proyecto es definir un tipo de materias primas adecuadas tomando en consideracin el uso especfico donde se va a emplear el producto.-.

Los ensayos de materiales contemplaron:

Resistencia a la Traccin - Resistencia a la traccin limite Elstico. - Modulo flexin - Resistencia a la flexin - Resistencia a la Compresin - Esfuerzo de Corte - Densidad de materia prima adecuada.-

Temperatura mxima de uso.-- Abrasin Relativa - Precio relativo.-

Desarrollo de esquemas y planos.-- Para cada diseo y rediseo se desarrollo una serie de planos y esquemas

que permitieron evaluar el desarrollo por parte de Thiessen SAo hasta llegar a un modelo mejorado del prototipo Barra de Perforacin

Fabricacin de prototipo: De acuerdo con la evaluacin y seleccin de materiales se desarroll un sistema de fabricacin el cual contempla:

- Fabricacin preforma - Formateado y mecanizado

3.- Una etapa de Prueba Piloto Correccin de Errores, (Actividad 3), donde ya establecido los sistemas que permita desarrollar las barras de perforacin, se proceder a realizar las pruebas pilotos que permitirn realizar las correcciones en el producto y proceso de fabricacin. Debern analizarse:

Evaluacin de Prototipos: Comportamiento frente al apriete de mordazas, acople y desacople.-Comportamiento en perforacin

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2.- Una etapa de Desarrollo Experimental de los Productos (Actividad 2), Una de las etapas claves de este proyecto es definir un tipo de materias primas adecuadas tomando en consideracin el uso especfico donde se va a emplear el producto.-.

Los ensayos de materiales contemplaron:

Resistencia a la Traccin - Resistencia a la traccin limite Elstico.

Modulo flexin - Resistencia a la flexin

Resistencia a la Compresin Esfuerzo de Corte

- Densidad de materia prima adecuada.-- Temperatura mxima de uso.-

Abrasin Relativa Precio relativo.-

Desarrollo de esquemas y planos.-Para cada diseo y rediseo se desarrollo una serie de planos y esquemas que permitieron evaluar el desarrollo por parte de Thiessen SAo hasta llegar a un modelo mejorado del prototipo Barra de Perforacin

Fabricacin de prototipo: De acuerdo con la evaluacin y seleccin de materiales se desarroll un sistema de fabricacin el cual contempla:

Fabricacin preforma Formateado y mecanizado

3.- Una etapa de Prueba Piloto Correccin de Errores, (Actividad 3), donde ya establecido los sistemas que permita desarrollar las barras de perforacin, se proceder a realizar las pruebas pilotos que permitirn realizar las correcciones en el producto y proceso de fabricacin. Debern analizarse:

Evaluacin de Prototipos: Comportamiento frente al apriete de mordazas, acople y desacople.-Comportamiento en perforacin

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- Efectos de Manipulacin y Uso de la Barra.-- Evacuacin de Materiales (polmetros)

Al final de esta etapa, se seleccionarn las presentaciones que permitan maximizar una respuesta favorable de los potenciales consumidores, al introducir al mercado productos con una ptima calidad.-

Sistema Evaluacin - Para asegurar la calidad de las barras plsticas a producir, se desarrollara

una propuesta de sistema especifico para su fabricacin, cuya finalidad es prevenir y detectar cualquier no conformidad que se genere con la fabricacin de los prototipos de barra.-

- El sistema de calidad se aplicar en base a: Requisitos especficos para el producto, establecidos segn diseo y especificacin.-

- Conformidad del producto mediante demostracin adecuada de la capacidad de uso.-Seguimiento y trazabilidad del producto en cualquier punto de la fabricacin.-

c.- DESARROLLO EXPERIMENTAL .-

En este informe se incluyen se funden los resultados obtenidos en el informe de avance y la ultima etapa que quedo pendiente, que corresponden bsicamente a las pruebas pilotos y ajuntes en el desarrollo de prototipo.-

Es asi como las etapas desarrolladas durante desde los inicias del proyecto hasta los resultados recientemente obtnidos en mayo del presente ao corresponden a lo siguiente:

Conceptualizar, desarrollar y evaluar revestimiento antiabrasivo en material plstico que permita disminuir el desgaste de las actuales barras estabilizadoras de acero en operacin. Para esto se han desarrollado las siguientes etapas:

l. Bases y alcances del proyecto 2. Evaluacin tcnica 3. Desarrollo de esquemas y planos

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4. Fabricacin de prototipos 5. Prueba y evaluacin de prototipos 6. Desarrollo de perfil de proveedor 7. Evaluacin y conclusiones generales

Los puntos anteriormente referenciados se han desarrollado segn:

Bases y alcances

Plan de trabajo para la ingeniera y desarrollo de pruebas que contempla los siguientes pasos:

Anlisis conceptual Seleccin tcnico - econmica preliminar de las alternativas Desarrollo y fabricacin Pruebas y evaluacin

Recopilacin de informacin de las barras estabilizadoras y antecedentes del proceso de perforacin, a saber:

Proceso de perforacin Caractersticas del material de las barras Propiedades mecnicas Dimensiones Parmetros de operacin

Evaluacin tcnica

Contempl el desarrollo de la ingeniera bsica, en donde se analizaron los siguientes puntos:

Generacin de Alternativas de materiales polimricos (PEHD, P A6, POM, otros) Seleccin de alternativas Procesos de fabricacin Diseo bsico de las barras

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Desarrollo de esquemas y planos

Para cada diseo y rediseo se desarroll una serie de planos y esquemas que permitieron evaluar el desarrollo por parte de Thiessen y Cip Chile hasta llegar al desarrollo de un diseo final.

Fabricacin de prototipos

De acuerdo con la evaluacin y eleccin del material se desarrolla el sistema de fabricacin del revestimiento, y se procede de la siguiente manera:

a) Fabricacin de preforma

Se obtiene a travs de una proceso extrusin de preforma donde se obtiene una bocina que posteriormente es mecanizada e instalada en la zona de desgaste de la barra

b) Proceso de revestimiento sobre sustrato

Se realiza le revestimiento directamente sobre la barra mediante un proceso de laminado circular de extrusin, el que posteriormente es mecanizado a las dimensiones de la barra.

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c) Mecanizado

proceso de mecanizado especificaciones (tolerancias, indicados en los planos.

por CNC, programado segn terminaciones, procedimientos)

Evaluacin de prototipos

La evaluacin de prototipos se realiza de acuerdo al desempeo y comportamiento mecnico en condiciones de operacin, donde se ha orientado la observacin a los siguientes puntos:

Comportamiento frente al apriete de mordazas Comportamiento en perforacin Efectos de manipulacin y uso de la barra Evaluacin del revestimiento

Sistema de calidad

Para asegurar la calidad de las barras revestidas plsticas a producir se desarrolla una propuesta de sistema especfico para la fabricacin, cuya finalidad. es prevenir y detectar cualquier no conformidad que se genere durante la fabricacin del producto.

Este sistema de calidad se aplica en base a:

(a)Requisitos especificados para el producto, establecidos segn diseo o especificacin.

(b)Conformidad del producto mediante demostracin adecuada de la capacidad del proveedor

(c)Seguimiento y trazabilidad del producto en cualquier punto de la fabricacin.

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DESARROLLO

La infonnacin utilizada en el presente infonne se encuentra basada en datos, parmetros y funcionamiento del actual proceso de perforacin, entregados por Thiessen Team Ltda. y Compaa Minera Andina.

Antecedentes generales

En el proceso de perforacin de produccin se perforan tiros de aproximadamente 11 pulgadas de dimetro, con longitudes de 18 -20 m. Para ello se usan dos barras de acero, ms estabilizadores y adaptadores. Las barras se agregan a medida que avanza la perforacin mediante acople atornillado, y luego se retiran cuando se ha tenninado la perforacin.

El proceso de perforacin se lleva acabo con una alta exigencia de desgaste de los materiales que constituyen los elementos de perforacin, siendo este aspecto un punto esencial para la productividad del proceso. Esto ha llevado a realizar continuos mejoramientos de la calidad de los elementos, encontrndonos en el presente con las siguientes caractersticas referidas a barras estabilizadoras utilizadas por la Compaa Minera Andina:

Material

Los Estabilizadores actuales presentan las siguientes opciones de material que las constituyen:

- Acero Aleado 4140 HTSR - Acero Aleado 4140 PHT - Acero Aleado 4145 H-Mod. - Acero Aleado 4340 HTRS - Acero Aleado 4340 PHT

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~_.H.F~ l1:7'41~t5

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DISEO DE REVESTIMIENTO PLASTICO DE ESTABILIZADOR

Diseo conceptual

El diseo de revestimiento del estabilizador ha sido conceptual izado considerando:

Alcances de la aplicacin Solicitaciones de la aplicacin Aspectos dimensinales Operacin de Perforacin Condiciones de terreno Alternativas de Material Aspectos constructivos

El siguiente diagrama muestra los pasos seguidos para desarrollar el diseo del revestimiento del estabilizador.

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Alcances Aplicaciones

Determinacin de solicitaciones: - mecnicas - trmicas - qumicas - otras

I I I alternativa I I Aspectos constructivos I I Aspectos dimensinales I

I I ~

I diseo I I modificaciones I -" I I evaluacin

Diseo final

Planos y esquemas

Alcances de la aplicacin

Reforzar la barra adaptador de tri cono para aumentar su resistencia a la abrasin mediante un recubrimiento de las zonas de mayor desgaste y aumento de la vida til. El reforzamiento al finalizar su vida til sea desmontable e intercambiable.

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Solicitaciones de la aplicacin

Parmetros de operacin

De acuerdo al anlisis de las caractersticas de la perforacin y de los esfuerzos aplicados sobre las barras de perforacin, se tienen las siguientes solicitaciones.

tem fuerza requerida Unidad Esfuerzo de operacin Abrasin Prdida de peso (1) Temperatura oC 30 - 50C Fuerza empuje Libras 33000 a 60000 Torque operacin Libras-pie ----Presin de aire psi ----Caudal de aire Litros/min. ----Estanqueidad Se requiere hermeticidad

(1), son solicitaciones a las que se encuentra la barra aunque en este caso no se conocen sus valores.

Vida til: La vida til estimada del adaptador es de 15.000 a 20.000 metros efectivos de perforacin.

Velocidad de perforacin: de 20 a 40 metros por hora dependiendo de la dureza del terreno a perforar.

Velocidad de giro: de 60 a 90 revoluciones por minuto

Desarrollo de alternativas de material

Se considera el uso de materiales plsticos denominados Plsticos de Ingeniera por presentar caractersticas adecuadas a aplicaciones con valor agregado tcnico.

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Estos Plsticos de Ingeniera exhiben propiedades mecnicas, trmicas y qumicas que se presentan en el siguiente cuadro genrico.

Pertenecen a este grupo de materiales plsticos, entre otros:

ACRlLONITRlLOBUT ADIENOESTIRENO ABS

POLIAMIDAS PA

POLIOXIMETILENO POM

POLI CARBONATOS PC

POLIETILENTEREFTALATO PET

Por sobre estos en trminos de propiedades tcnicas mejoradas estn los denominados Plsticos de Altas Prestaciones como las Polimidas, Polisulfonas y otros.

Bajo esta perspectiva y tomando en consideracin las solicitaciones requeridas para la presente aplicacin se han considerado una serie de materiales que presentan probabilidades de un comportamiento adecuado en trminos de prefactibilidad tcnico-econmica.

Los materiales presentados son :

HDPE : Polietileno de alta densidad * UHMWPE : Polietileno de ultra alto peso molecular . PUR : Poliuretano PP : Polipropileno * PA : Poliamida (tipos: por colada, extruda y reforzada) POM : Polioximetileno

(*) No siendo Plstico de Ingeniera, su desarrollo como material ha logrado avances en el rea de comportamiento tcnico.

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La siguiente tabla muestra las caractersticas mecnicas de los materiales mencionados:

HDPE UHMW PP PA6 PUR PO PE M Resistencia a la traccin 15-39 38 29-41 82 11- 69 (MPa) 52 Resistencia a la traccin, lmite elstico (MPa) 26-39 21-28 29-37 55 52

Mdulo flexin (MPa) 700- 895-965 1170- 2900 2760 1550 1725 ---Resistencia flexin (MPa) 41-55 117 --- 69 Resistencia compresin 18-25 38-55 103 117 ICMPa) ---Esfuerzo corte 7-19 19 15-21 41 35 (MPa) ---Densidad (g/ce) 0.95 0.926- 0.9-0.92 1.14 1,24 lA 0.934 Temperatura nixima de 80 85/70 80 90 90 110 uso en continuo oC Abrasin relativa (perdida) 1 1/5 2 1,5 1110 Precio relativo 1 2 1 3 4-5

Operacin de perforacin

La operacin de perforacin se desarrolla en las siguientes etapas generales:

1. Montaje de barras de perforacin en carrusel de la maquina 2. Acople de barra estabilizadora mediante agarre de mordazas de sujecin

en una de las barras perforadoras (la barra estabilizadora se desacopla solo cuando se termina su vida til)

3. Acople de tricono en la barra estabilizadora mediante holla de sujecin 4. Se inicia la perforacin luego de ubicar las coordenadas indicadas de

perforacin, aplicando la fuerza de perforacin en forma ascendente hasta

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lograr un rgimen de penetracin de acorde con el terreno (vibraciones mecnicas)

5. Se logra perforar con toda la barra y se detiene la operacin para acoplar la segunda barra utilizando la horquilla de sujecin en la mesa de la maquina

6. Posterior a la perforacin completa con las dos barras se comienza con el desacople de las barras utilizando la horquilla de sujecin

7. Se desmontan las barras ubicndolas en el carrusel de la maquina 8. Se observa el estado del tricono y estabilizador (el tricono es el elemento

que sufre mayor desgaste) 9. Desacople de tricono, el desacople se desarrolla colocando la holla de

sujecin y recepcin del tricono y luego se aplica torque a la barra estabilizadora mediante las mordazas hidrulicas, las cuales sujetan a la barra estabilizadora en su dimetro a 10" del punto de acople con el tricono. Luego de finalizada la operacin se cambia el tricono.

Nota : para cada etapa de acople se suministra en forma automtica grasa lubricante en los hilos de las barras

3.6 Condiciones de terreno

El terreno de perforacin en el cual se encuentran los trabajos de la Compaa Minera Andina es de perfil ferroso con un alto grado de dureza, la cual no ha sido determinada. Sin embargo este perfil se ve reflejado en la durabilidad de las barras estabilizadoras en uso, cuya vida til no sobre pasan los 15.000 metro de perforacin.

3.7 Aspectos constructivos

Uno de los objetivos del mejoramiento de la resistencia a la abrasin y aumento de la vida til de las barras estabilizadoras es desarrollar un revestimiento exterior instalado en la zona de mayor desgaste de la barra, que al finalizar su vida til sea desmontable e intercambiable.

En las siguientes figuras se describen dos alternativas constructivas para el revestimiento escogido que cumplen con el objetivo anteriormente mencionado. Estas alternativas se han seleccionado de acuerdo a las posibilidades de anclaje y

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aspectos de proveedura de materiales en base a las caractersticas geomtricas de la barra estabilizadora.

FABRICACIN DE PROTOTIPO REVESTIMIENTO EN HDPE En base al lo expuesto en el diseo, se conceptual iza la fabricacin de las

barras estabilizadoras con las mismas caractersticas de la fabricacin de las barras actuales, con la diferencia de que en la zona de mayor desgaste es mecanizada para anclar un revestimiento de Polietileno de Alta Densidad, que en conjunto tendrn las mismas caractersticas dimensinales de las barras utilizadas actualmente en la Compaa Minera Andina.

Flujo de fabricacin de Prototipo

Tubera de HDPE

Mecanizado

-"

Fabricacin de Barra Estabilizadora

Mecanizado de Barra de acuerdo dimensiones a nuevas

Unin mecnica del cuerpo .. y revestimiento

Prototipo

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....

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DESARROLLO DE PRUEBAS DE PROTOTIPOS

la Prueba

Objetivo

La experiencia tiene como objetivo evaluar a priori la capacidad del revestimiento, cuya fabricacin es en base a un tubo de HDPE extrudo y mecanizado. En esta experiencia principalmente se evaluar:

Caractersticas del diseo proyectado, en operacin Perdida en peso por abrasin del material Vida til Mecanismo de reemplazo del revestimiento Aspectos de operacin del revestimiento

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FASE 2

DESARROLLO DE COLUMNAS DE PLSTICO

El presente informe corresponde al estado de avance del proyecto de Desarrollo Tecnolgico de Columnas Plsticas. El Proyecto se denomina " Columna de Perforacin para Faenas Mineras", ejecutado por la Empresa Thiessen S.A.

El avance tiene los siguientes alcances:

- Bases y alcances del proyecto

- Evaluacin tcnica de la fabricacin y uso de columnas plsticas

- Modelamiento y simulacin por elementos finitos

- Desarrollo de esquemas y planos de proceso de las columnas

- Fabricacin de prototipos iniciales

- Evaluacin preliminar de prototipos iniciales

En este informe se adjunta:

a) Evaluacin tcnica de Material Plstico

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- Determinacin de parmetros de operacin actuales - Determinacin de solicitaciones - Desarrollo de alternativas - Desarrollo de clculos bsicos - Modelamiento por Elementos Finitos - Conclusiones preliminares

b) Diseos de columnas

c) Desarrollo de prototipos iniciales

d) Fabricacin de prototipos iniciales

e) Prueba de prototipos iniciales

f) Resultados y conclusiones preliminares

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El plan de trabajo se desarroll sobre la base de los antecedentes tcnico-econmico preliminares que forman parte del estado del arte en la materia en cuestin.

EVALUACIN TCNICA

Para desarrollar desde el punto de vista tcnico una alternativa factible de reemplazo de las columnas actuales de acero por plsticas, se han seguido las siguientes etapas:

- Determinacin de parmetros de operacin actuales - Determinacin de solicitaciones y cargas aplicadas - Alternativas de materiales plsticos - Desarrollo de clculos bsicos - Modelamiento por Elementos Finitos - Conclusiones preliminares

A continuacin se describen cada una de las etapas mencionadas: DETERMINACIN DE PARMETROS DE OPERACIN ACTUALES

Alcances

La perforacin de produccin perfora tiros de 61/2" de dimetro y ms con longitudes de hasta 100 m. Para ello se usan barras de acero con un peso aproximado de mas de 40 kg Y un largo de 1.5 (m) cada una. Las columnas o barras hay que agregarlas al tren de avance a medida que progresa la perforacin, y retirarlas (una a una) cuando se ha terminado la faena diaria

Material

Las columnas actuales presentan las siguientes caractersticas nominales:

- Acoples: Acero Cr-Mo SAE 4140 con temple y revenido Esfuerzo fluencia : 111000 psi

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- Tuberas: Acero SAE 4130 calibrado en fro Esfuerzo fluencia >65000 psi

Peso: 35-38 Kg

Largo: 1.5 mt c/u

Propiedades mecnicas

Dimetro exterior Torquefluencia (lb-pie) Torque especficado (lb-tubera pie)

114.3(e=6 mm) 19500 9750 110.3 (e= 4 mm) 12500 6250

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Parmetros de operacin

De acuerdo al anlisis de las caractersticas de la perforacin y de los esfuerzos aplicados sobre las columnas, se tienen las siguientes solicitaciones.

tem fuerza requerida Unidad Esfuerzo de operacin Compresin Mpa 2.0 Tor'lue (torsin)(mx.) Libras-pie 3550 Fatiga Ciclos, amplitud (1)

esfuerzo Abrasin Prdida de peso 1 (2) Temperatura oC (3) Fuerza empuje Librasf 2000 Torque operacin Libras-pie 2000 Presin de aire psi 350 Caudal de aire Litros/min. 10 Estanqueidad Se requiere hermeticidad

(1), (2), (3) son solicitaciones a las que se encuentra la columna aunque en este caso no se conocen sus valores.

SOLICITACIONES A OUE EST SOMETIDA LA COLUMNA

El primer paso en el anlisis de cualquier pieza a disear es determinar las cargas a las cuales estarn sujetas, en este caso las columnas.

Las cargas aplicadas son de ndole:

- Mecnicas - Trmicas - Qumicas - Otras

Cargas mecnicas

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FONTEC - CORFO

Siendo estas las principales solicitaciones que afectan el comportamiento de las columnas a disear, a saber son:

Compresin 2 (Mpa) . El valor requerido para esta aplicacin est muy por debajo del valor que exhiben los materiales plsticos.

- Torque (mximo) : 3550 (Lb-pie)

Se considera que una barra sometida a torsin ha fallado cuando es excedida la resistencia del material al esfuerzo cortante. Para una carga de torsin, la resistencia al esfuerzo cortante usado debe ser el valor indicado el 50% de la resistencia a la traccin, el que sea menor. La tensin mxima al esfuerzo cortante en torsin est dado por:

't =T*c J

Donde:

T = torsin aplicada en libras-pulgadas c = distancia desde el centro de la flecha hasta el punto de la superficie

externa de la barra en donde ocurre el esfuerzo cortante mximo J = momento polar de inercia, pulgadas

c = do/2

do = dimetro externo di = dimetro interno

Para el caso de Tmximo = 3550 (lb-pie) y considerando lo indicado por literatura que el esfuerzo cortante corresponde al 50% del valor del esfuerzo de traccin se obtiene el comportamiento a esta solicitacin.

- Fuerza de empuje: 2000 (Lb fuerza)

- Presin : 350 psi

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FONTEC - CORFO

- Abrasin: El valor de esta propiedad no ha sido determinada cuantitativamente, pero es producto del detrito evacuado desde la perforacin.

Cualitativamente se sabe que afecta el comportamiento de la vida til del material. Esto es, al disminuir el espesor de la columna debido al contacto con el material abrasivo la columna disminuye su comportamiento mecnico. El nuevo material plstico a usar debe exhibir un mejor comportamiento a abrasin que el acero.

Fatiga : El valor de esta propiedad no ha sido evaluada cuantitativamente. An cuando se realicen pruebas de fatiga, estas indican la capacidad relativa de los materiales plsticos ante este tipo de solicitaciones, los ensayos normados se realizan con probetas especialmente preparadas, y en condiciones de prueba que no guardan relacin con las condiciones reales a las que sern expuestas las piezas verdaderas. De este modo es esencial que las pruebas se lleven a cabo en piezas verdaderas, y bajo condiciones de operacin de uso final, para determinar la verdadera resistencia a fatiga de cualquier pieza en donde exista una carga cclica significativa.

Cargas combinadas : El comportamiento de la columna a las cargas combinadas se realizar a travs de modelamiento y simulacin por elementos finitos y por las pruebas de columnas prototipos.

- Factores de seguridad : No existen reglas establecidas para seguir en la fijacin de factores de seguridad para piezas plsticas. Sin embargo, la consideracin ms importante, por supuesto, es la consecuencia de falla. Es necesario realizar pruebas de piezas reales a las condiciones de operacin.

En general las fallas que ocurren durante las pruebas de prototipos pueden corregirse con el uso selectivo de un espesor mayor de las paredes, buscando alternativas que eliminan las zonas donde se concentran las tensiones o mejoras en el material.

Los factores de seguridad comnmente utilizados corresponden a:

Carga intermitente (sin fatiga)

25-50%

FONTEC 30

FONTEC - CORFO

Carga continua 10-25%

Criterios de falla Para determinar que criterios de fallas deben ser usados implica la racionalizacin de estados de tensin ms complejos que los analizados hasta ahora en forma separada, que se utilizan para anlisis preliminares de diseo.

Sin embargo, para realizar un anlisis ms detallado y complejo debe utilizarse la teora de Tresca o Von Mises mediante tcnica de elementos finitos.

Cargas trmicas

Las cargas trmicas, en este caso, tienen relacin con la temperatura de operacin. Se produce una elevacin de temperatura debido al roce y abrasin producto de la operacin del sistema de perforacin. Pero al mismo tiempo el agua ingresada ayuda a refrigerar las columnas, disminuyendo la solicitaciones correspondientes.

Cargas qumicas

La nica solicitacin qumica es producto del agua utilizada en el proceso, que para los materiales termoplsticos no representa una solicitacin severa o de importancia.

Otras solicitaciones

Debido a la presin de perforacin con que trabaja el sistema de perforacin se debe mantener la estanqueidad del proceso.

FONTEC 31

FONTEC - CORFO

DESARROLLO DE ALTERNATIVAS

Se considera el uso de materiales plsticos denominados Plsticos de Ingeniera por presentar caractersticas adecuadas a aplicaciones con valor agregado tcnico.

Estos Plsticos de Ingeniera exhiben propiedades mecamcas, trmicas y qumicas que se presentan en el siguiente cuadro genrico.

Pertenecen a este grupo de materiales plasticos, entre otros:

POLITETRAFLUORETILENO (teflon) PTFE

ACRILONlTRILOBUT ADIENOESTIRENO ABS

POLIAMIDAS PA

POLIOXIMETILENO POM

POLI CARBONATOS PC

POLIETILENTEREFT ALATO PET

Por sobre stos, en termino s de propiedades tecnicas mejoradas, estan los denominados Plasticos de Altas Prestaciones como las Polimidas, Polisulfonas y otros

Bajo esta perspectiva y tomando en consideracin las solicitaciones requeridas para la presente aplicacin se han considerado una serie de materiales que presentan probabilidades de un comportamiento adecuado en trminos de prefactibilidad tcnica.

FONTEC 32

..

FONTEC - CORFO

Los materiales presentados son:

HDPE : Polietileno de alta densidad * UHMWPE : Polietileno de ultra alto peso molecular PP : Polipropileno * PA : Poliamida (tipos: por colada, extruida y reforzada) POM : Polioximetileno PET : Polietilentereftalato

(*) No siendo Plstico de Ingeniera, su desarrollo como material ha logrado avances en el rea de comportamiento tcmico.

Cabe destacar que para cada uno de los materiales anteriores existe la alternativa de reforzar(FV, C) o cargar(MoS, Al)

FONTEC 33

FONTEC - CORFO La siguiente tabla muestra las caractersticas mecnicas de los materiales mencionados:

Resistencia a la traccin (MPa)

Resistencia a la traccin, lmite elstico (MPa)

Mdulo flexin (MPa) Resistencia flexin (MPa)

Resistencia compresin (MPa)

Esfuerzo corte (MPa) Densidad (g/cc)

Temperatura mxima de uso en continuo oC Abrasin relativa

Precio relativo

HDPE UHMWP E

15-39 38

26-39 21-28

700- 895-965 1550

18-25

7-19 19

0.926-0.95 0.934

80 85/70

1

1 2

PA6 con

PP PA6 PA6 * 30% fibra de vidrio

29-41 82 75-80 165

29-37 55 75-85

1170- 2900 6800 1725

41-55 117 195

103 38-55 (fluenci 115-130 165

a)

15-21 41 38-40 83

1.10-0.9-0.92 1.14 l.37 1.15

80 90 100 115

113 1 1

1 3 5 4-6

POM

69

2760

69

117

35

lA

110

4-5

FONTEC 34

FONTEC - CORFO

Cuadro de desarrollo de alternativas:

AL TERNA TIV AS

~ SOLO REFORZADO MATERIAL (FV) HDPE Al A2

UHMW-PE A4 A5

PP A7 A8 PA6 AlO All

POM A13 A14

CARGADO (CARGA)

A3 A6

A9 A12

A15

FONTEC 35

FONTEC - CORFO

Evaluacin preliminar de alternativas

Procesabilidad Economa Resistencia p mecan solda Proce Prec prov reclc mec Tr qu abra

izado bilida so de lO eedo laje nic mlc mi sin d fabric relat r a a ca

acin IVO Oc mate rial

Al < 1 R B B 1 N B B 80 B B A2 > 1 B R D 1,3 N D B 90 B B A3 > 1 B R D 1,3 N D B 90 B B A4 > 1 B B B 2 N B B 90 B B A5 > 1 B R D 2,6 N D MB 100 B B A6 > 1 B R D 2,6 N D MB 100 B B A7 < 1 B B B 1 N B B 110 B B A8 < 1 B R D 1,3 N D MB 120 B B A9 > 1 B R D 1,3 N M MB 120 B B

AIO > 1 B B B 3 N B MB 130 B B A11 > 1 B R D 4 N D MB 135 B B A12 > 1 B R D 4 N M MB 135 B B A13 > 1 B B B 4 N B MB 80 B B A14 > 1 B R D 4,5 N D MB 90 B B A15 > 1 B R D 4,5 N M MB 90 B B

B: bueno R:regular D:dificil M:malo N:nacional MB:muy bueno

DESARROLLO DE CALCULOS BAsICOS

Para analizar las alternativas posibles de reemplazo de materiales se han realizado clculos bsicos, en base a una tubera plstica, tendientes a determinar como responde a las diferentes solicitaciones a las que estara expuesta en la presente aplicacin.

Presin

FONTEC 36

PN = (J * 2e (D- e)

Donde:

PN : Presin nominal (J : Esfuerzo admisible D : Dimetro externo e : espesor

Esfuerzo cortante

FONTEC - CORFO

Se considera que una barra sometida a torsin ha fallado cuando es excedida la resistencia del material al esfuerzo cortante. Para una carga de torsin, la resistencia al esfuerzo cortante usado debe ser el valor indicado el 50% de la resistencia a la traccin, el que sea menor. La tensin mxima al esfuerzo cortante en torsin est dado por:

=T * c J

Donde:

T = torsin aplicada en libras-pulgadas c = distancia desde el centro de la flecha hasta el punto de la superficie

externa de la barra en donde ocurre el esfuerzo cortante mximo J = momento polar de inercia, pulgadas

c = do/2

do = dimetro externo di = dimetro interno

Para el caso de Tmximo = 3550 (lb-pie) y considerando lo indicado por literatura que el esfuerzo cortante corresponde al 50% del valor del esfuerzo de traccin se tiene que para:

FONTEC 37

FONTEC - CORFO

Compresin

El valor requerido para esta solicitacin est muy por debajo del valor que exhiben estos materiales. (PE18 - 25 MPa y PA6 115 - 130 MPa).

Abrasin

Para este requerimiento no se tiene un valor conocido de las condiciones a las que est expuesto. Si bien se sabe que el material sufre abrasin, pero no se encuentra cuantificado.

Fatiga

Esta no ha sido cuantificada en este anlisis, debido a que se debe aportar antecedentes necesarios para tales efectos. Esto es, ciclos y amplitud de la solicitacin.

Temperatura

Esta es una variable importante que debe ser considerada ya que el comportamiento mecnico de los materiales plsticos se modifica con la temperatura.

En la siguiente tabla se entregan los resultados de los clculos realizados.

HDPE PA6 Presin Esf. Adm. =80 (kg/cm2) Esf. Adm. =80 (kg/cm2)

Dextemo =125 mm Dextemo = 114 mm PN = (J * 2e PN = 350 psi PN = 350 psi

(D- e) Se obtiene: Se obtiene:

Espesor de 17mm Espesor de 15mm

Torsin

FONTEC 38

FONTEC - CORFO

Espesor = 17mm Espesor = 15mm t =T * c Dextemo = 125mm Dextemo = 114mm

J Dintemo =91mm Dintemo =84mm

Se obtiene: Se obtiene:

t = 17 Mpa t=23 Mpa

ANLISIS POR ELEMENTOS FINITOS El mtodo de elementos finitos permite modelar y simular elementos sometidos a cargas combinadas obteniendo los esfuerzos y deformaciones mximas producidas en operacin

El programa Algor contempla una estructura bsica y simplificada para la resolucin de cualquier problema. Dicha estructura consiste en tres etapas: (1) pre-proceso, (2) proceso y (3) post-proceso.

En la etapa de pre-proceso Algor hace uso de la rutina SuperDraw, en la que se define la geometra del modelo y se especifica las condiciones de borde e iniciales para cada problema. Tambin se hace uso de la rutina Decoder, en la cual el modelo diseado con SuperDraw es interpretado y trasladado a un archivo especial de elementos finitos. En este paso se definen las propiedades mecnicas y fisicas (lineales y no lineales) del modelo. Adems en esta etapa de pre-proceso se puede usar la rutina SuperView, que es un ambiente grfico especializado que permite comprobar los elementos, cargas y condiciones iniciales. Tambin, en esta etapa, SuperView permite comprobar que el modelo desarrollado este geomtricamente correcto y pueda ser procesado posteriormente sin errores.

Despus de esto viene la etapa de proceso o clculo de las variables requeridas. En esta etapa el programa Algor resuelve el sistema de ecuaciones y define las matrices para todos los elementos y nodos correspondientes al anlisis escogido y de acuerdo al modelo planteado. En la etapa de post-proceso se analiza y comprueba los resultados mediante varias opciones de graficado. Para esto, Algor dispone de la rutina SuperView

FONTEC 39

FONTEC - CORFO

mencionada anteriormente y que en esta etapa permite visualizar los resultados desarrollados en el proceso y comprobar a la vez la buena formulacin del problema en funcin de las cargas, temperaturas, condiciones iniciales y de borde, planteadas en la etapa de pre-proceso.

Descripcion de los modelos analizados

Se analizaron 3 modelos generales de barras, para tres tipos de materiales: Acero

4310, Polietileno PE-lOO y Poliamida.

El Acero es un material metlico y sus principales propiedades son su alta dureza

y baja ductilidad (capacidad de deformacin); por otra parte el Polietileno y la Poliamida son materiales polmeros cuya principal caracterstica es su buena

capacidad de ductilidad. Actualmente esta broca se fabrica de acero 4310 Y se

analiz, mediante elementos finitos, la viabilidad de fabricarla en los polmeros

antes mencionados. Se estudio el comportamiento de estos materiales

(distribucin de esfuerzos y deformacin en la barra) para el estado de carga crtico de trabajo y se compararon estos resultados con el esfuerzo de fluencia y deformacin mxima permisible de estos materiales.

Geometra considerada para cada modelo e

L

FONTEC 40

FONTEC - CORFO

Acero 4130: L = 1500 (mm.) = 4.92 (pie) D = 114 (mm.) = 0.185 (pie) e = 6.3 (mm.) = 0.02 (pie)

Polietileno PE-lOO: L = 1500 (mm.) = 4.92 (pie) D = 114 (mm.) = 0.185 (pie) e = 15 (mm.) = 0.046 (pie)

Poliamida 6: L = 1500 (mm.) = 4.92 (pie) D = 114 (mm.) =0.185 (pie)

e = 7, 10, 15 (mm.) = 0.023,0.033,0.046 (pie), respectivamente

Propiedades fsicas de los materiales necesarias para la simulacin

Material Densidad Young (E) Poisson Esfuerzo fluencia (Lb/pie3) - (Lb/pie2) - (MPa) (psi) - (MPa)

(kg/m3)

Acero 486.12 - 7786.89 4.8 E 9 - 229825 0.3 65000 - 448.1

PE-lOO 59.83 - 958.38 29275120 - 1401 0.35 3630 - 25

Poliamid 81.02 - 1297.81 70051180 - 3304 0.35 11182 - 77.09

a

FONTEC 41

FONTEC - CORFO

Fuerzas aplicadas

Torque torsin mximo = 3550 (Lb/pie) Fuerza de empuje = 2000 (Lbr) Presin de aire = 350 (psi) Fuerza de compresin = 2.0 (Mpa) = 2.8 E 9 (psia)

Desarrollo mediante elementos finitos

Se consideraron, para todos los modelos, 500 elementos slidos (tipo ladrillo) y 1040 nodos. Los elementos slidos representan de buena forma, para efectos de modelacin en Algor, el espesor del cilindro hueco y puede estudiarse

la variacin que produce, en los resultados de esfuerzo y deformacin, un

aumento disminucin del mismo. Para efectos de modelacin se consideraron

las condiciones crticas de trabajo, asegurando de esta forma buenas condiciones de seguridad en cuanto a los resultados aqu mostrados.

FONTEC 42

FONTEC - CORFO

Geometra del modelo en elementos finitos

z

El modelo slo puede rotar a travs del eje "x" y a trasladarse a travs de ese mismo eje (eje axial). En los ejes "y" y "z" no puede rotar ni trasladarse.

Estado de cargas del modelo en elementos finitos

Fuerzas aplicadas Azul: Presin interna del aire Negro: Torque torsin mximo Verde: Fuerza de empuje + Compresin Rojo: Tubo acero

FONTEC 43

FONTEC - CORFO

Criterios de analisis

Para los anlisis desarrollados, se calcul la distribucin de esfuerzos mediante dos criterios de f1uencia que el programa Algor tiene incluidos, entre otros, y que son bastante conocidos: Tresca y Von Mises. Usando estos criterios, Algor entrega esfuerzos equivalentes de Tresca y Von Mises los cuales representan los esfuerzos buscados para la simulacin. Los resultados entregados en este informe son los esfuerzos equivalentes de Tresca, los cuales arrojaron valores mayores que los esfuerzos equivalentes de Von Mises. A continuacin se muestran estos esfuerzos equivalentes:

1. Esfuerzo equivalente de Tresca

2. Esfuerzo equivalente de Von Mises

a vm = I'!".[(ax _ay )2 + (ay -aJ2 +(ax -aJ2]+3.[rx/ +rYZ 2 +rx/] ~2 . a vm =~~ . [cal -(2)2 +(a2 -(3)2 + (al -(3)2]

al' a 2' a 3 = Esfuerzos principales (Circulo de Mohr)

FONTEC 44

FONTEC - CORFO

Resultados obtenidos

Acero 4130

Esfuerzo de Fluencia (af) = 65000 (Lb/pulg2) =9360000 (Lb/pie2) Esfuerzo mximo (a) = 5502 (Lb/pulg2) = 792326 (Lb/pie2) Deformacin mxima = 2.02 E -5 pie

% Deformacin = 0.01 %

n = af/ a = 12.0

, -'o . 1; '! .. ,

EsfuerzD (LbJ'pie2) 192326 t3Y824.0E. 61'1322.12 619820.18 5Ei2318.31 SOYBl E..31 ........ .,31 '-1.'-13 389812.5 332310.56 21Y8D8.5S 211305 . .,1 lS980LJ.19 102302.86

FONTEC 45

FONTEC - CORFO

Esfuerzo mximo

Polietileno PE-100

Esfuerzo de Fluencia (af) = 3630 (Lb/pulg2) = 522770 (Lb/pie2) % Deformacin mxima permisible = 7 - 9 %

Esfuerzo mximo (a) = 2586 (Lb/pulg2) = 372385 (Lb/pie2) Deformacin mxima = 0.0014 pie

% Deformacin = 0.77 %

n=af/a=l.4

11

Eatucrzu (LbJpie2) 312385.15 345331.18 3182B9.i:'S 2912'i1.28 2ElY193.3LJ 23l145.39 21 D091."i3 1830'i9.YEi 156D01.51 128953.51 lD1905.EiD 1'-1851.656 Y18D9.103

FONTEe 46

a

FONTEC - CORFO

Esfuerzo mximo

Polietileno PE-100

Esfuerzo de Fluencia (O"r) = 3630 (Lb/pulg2) = 522770 (Lb/pie2) % Defonnacin mxima pennisible = 7 - 9 %

Esfuerzo mximo (O") = 2586 (Lb/pulg2) = 372385 (Lb/pie2) Defonnacin mxima = 0.0014 pie

% Defonnacin = 0.77 %

n=O"r/O"= 1.4

1I "

Esfuerzo (LbIpia2J 312385.15 345331.18 318289.25 2912'-11.28 26'-1193.31..\ 231145.39 21OD91.Y3 1830"i9."i 156001.51 128953.51 lD1905.60 1'-1851.655 Y1809.103

FONTEC 46

FONTEC - CORFO

Esfuerzo mximo

Poliamida

Esfuerzo de Fluencia (Of) = 11182 (Lb/pulg2) = 1610 132 (Lb/pie2) % Deformacin mxima permisible = 4 - 5 %

1. Espesor = e = 7 mm. = 0.023 pie

Esfuerzo mximo (o) = 5526 (Lb/pulg2) = 795785 (Lb/pie2) Deformacin mxima = 0.0016 pie

% Deformacin = 0.85 %

n = Of/ o = 2.0

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FONTEC - CORFO

Esfuerzo mximo

2. Espesor = e = 10 mm. = 0.033 pie

Esfuerzo mximo (a) = 3468 (Lb/pulg2) = 499362 (Lb/pie2) Deformacin mxima = 0.0009 pie

% Deformacin = 0.48 %

n = afl a = 3.2

FONTEC 48

FONTEC - CORFO

Esfuerzo [LbIpie2)

Esfuerzo mximo

3. Espesor = e = 15 mm. = 0.05 pie

Esfuerzo mximo (a) = 2585 (Lb/pulg2) = 372385 (Lb/pie2) Deformacin mxima = 0.0006 pie

% Deformacin = 0.32 %

n = af/ a = 4.3

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..

FONTEC - CORFO

. .. 1;\ ...1;\, ..

FONTEC 50

FONTEC - CORFO

Tabla de resultados

Material Espesor Esfuerzo mx. % n (u,/ (pie) - (mm) . 2 (Lb/pie) - (Mpa) deformacin u)

Acero 4310 0.020 - 6.096 792326 - 38 0.01 12

PE-lOO 0.05 - 15.24 372385 - 17.9 0.77 lA

Poliamida 0.023 - 7.0104 795785 - 38.2 0.85 2.0

Poliamida 0.033 - 10.05 499362 - 24 OA8 3.2

Poliamida 0.05 - 15.24 372385 - 17.9 0.32 4.3

Se observa que:

Criterio para determinar los esfuerzos usado en Algor fue el criterio de

Tresca. Los valores arrojados segn criterio de Von Mises son menores a los de Tresca por lo que se estim que, para tener mayor seguridad en los

resultados, era ms conveniente usar ese criterio.

Los esfuerzos obtenidos en las simulaciones, en condiciones lmites, dan

menores que los esfuerzos de fluencia en todos los casos estudiados. Las

deformaciones mximas se ubican en el mismo sector donde se encontr el

mximo esfuerzo, en la direccin radial.

FONTEC 51

FONTEC - CORFO

Las deformaciones mximas permisibles son mayores que las obtenidas en las

simulaciones. Sin embargo no se conoce si estas deformaciones son las de

fluencia o de ruptura.

Deformaciones en acero 4130 son muy pequeas y en polmeros son mayores. Esto concuerda con la caracterstica fisica de estos materiales, el

acero es un material duro pero con muy poca ductilidad (admite pocas deformaciones); los polmeros son materiales ms dctiles.

Las simulaciones arrojaron valores de esfuerzos mximos que indican que estas brocas pueden fabricarse de ambos polmeros (PE-1 00 Y Poliamida). Sin embargo se recomienda comparar los resultados obtenidos en esta simulacin

con la resistencia a la fatiga que presentan estos materiales en condiciones de

trabajo. Esto dar una mayor seguridad para la fabricacin de las Columnas, considerando otras variables, como son las horas estimadas de trabajo a las que estn proyectadas para ser usadas.

Los modelos presentados aqu representan lo que ocurre en todas las

columnas en su conjunto. Puede modelarse el cabezal de las columnas de otro material que no sea el mismo de la barra, dependiendo de las caractersticas

que se desee (mayor dureza, por ejemplo). Esto ltimo puede realizarse sin ningn problema en el programa Algor en cualquier otro software de

elementos finitos.

FONTEC 52

FONTEC - CORFO

El factor "n" considerado en este informe esta relacionado con el esfuerzo de

fluencia. El criterio de diseo final determinar si esta correcto o debe usarse

un esfuerzo menor a este para determinar el factor de seguridad de diseo.

Todos los resultados obtenidos en esta simulacin se deben tomar como una

referencia para el diseo final que se desarrolle. El diseo y material que se

elija para fabricar las columnas dependern de factores tcnico -econmicos.

CONCLUSIONES TCNICAS PRELIMINARES

1.- En un primer anlisis de los materiales planteados y sus respectivas propiedades mecnicas se obtiene que el HDPE, PP, UHMW - PE, poseen una resistencia similar.

Al analizar los clculos bsicos para el HDPE se obtiene que resiste las solicitaciones requeridas. Este anlisis de carga se ha realizado de manera esttica y considerando las cargas actuantes en forma individual.

2.- De los materiales expuestos se observa el grupo formado por PA6, PA6 reforzada y POM que exhiben mejores caractersticas y propiedades mecnicas que los polietilenos. Dentro del grupo de las Poliamidas, la P A6 Y la P A6 reforzada se destacan por su alta prestacin en condiciones de esfuerzos mayores, considerando el control de la absorcin de humedad por parte de la P A.

Realizando los clculos preliminares de P A6 se observa que cumple con las solicitaciones en forma individual. 3.- Del anlisis de Elementos finitos se obtiene que los esfuerzos obtenidos en las simulaciones, en condiciones lmites, son inferiores a los esfuerzos de fluencia en todos los casos estudiados.

4.- Del anlisis de elementos finitos se visualiza y obtenemos el comportamiento de los materiales a las cargas combinadas. Exhibiendo la P A6 un mejor comportamiento que el HDPE, lo que se traduce en un factor de seguridad mayor ( del orden de 4 )

FONTEC 53

FONTEC - CORFO

DISEO DE COLUMNA PLASTICA

DISEO CONCEPTUAL

El diseo de la columna ha sido conceptualizado considerando: - Alcances de la aplicacin - Solicitaciones de la aplicacin - Material - Anlisis estructural

- Esfuerzos mecnicos - Anlisis por Elementos finitos

- Aspectos constructivos - Condiciones de terreno - Acople metal/plstico

- Aspectos dimensionales El siguiente diagrama muesta los pasos seguidos para desarrollar el diseo de las barras.

FONTEC 54

FONTEC - CORFO

Alcances Aplicaciones

Detenninacin de solicitacines: -mecnicas -trmicas -qumicas

-ntr:l.~

I I I alternativa I I Aspectos constructivos I I Aspectos dimensionales

I Anlisis

estructural

I diseo I I modificaciones I

~I evaluacin I I Diseo final

1 I Planos y esquemas

DESARROLLO DE PROTOTIPO

Diseo inicial: HDPE unin soldada

El diseo se conceptualiza con las mismas caractersticas (dimensionales) de las columnas de acero usadas en perforacin con la diferencia de que el material de la columna es de PE-lOO Y su espesor fue aumentado considerablemente. Se fabric prototipo el que consta una tubera (cuerpo) y extremos (raccords) unidos mediante soldadura.

I

FONTEC 55

'.: ":. ' ',o ,

! -, ;.

FONTEC - CORFO

La evaluacin tcnica, as como, las ventajas o desventajas del prototipo son:

Prototipo en PE-lOO Color Negro Peso 9 kilos

Resistencia a la abrasin Alta Rigidez Baja

% de deformacin Alta Tenacidad Alta

Flexin por pandeo Alta

FONTEC 57

FONTEC - CORFO

FABRICACIN DE PROTOTIPOS

PROTOTIPOS 1 Y PROTOTIPO 2 : HDPE

Procesos de fabricacin

Los procesos involucrados en la obtencin de las primeras columnas prototipos de HDPE han sido especificados de acuerdo con las caractersticas que debe presentar la barra, considerando las limitaciones y la procesabilidad de los materiales.

Extrusin del cuerpo y extremos de la barra

1 MecaJizado CNC

1 Soldadura por placa calefactora del cuerpo y los extremos

1 prototipo

FONTEC 58

FONTEC - CORFO

Descripcin del Prototipo 1 / r Prueba

Fabricacin

Cuerpo del prototipo fabricado a partir de tubera extruida de HDPE (tipolOO), PN 16 standard, extremos del prototipo semi-elaborado de PE-lOO mecanizados porCNC.

La unin de los elementos se realiza mediante soldadura por placa calefactora.

Dimensiones

Se adjunta en el plano respectivo.

Prueba del prototipo en laboratorio

- Ensaye de soldadura - Peso = 11.2 kg

Caracterstica: Color negro

Prueba en faena

- Se instal manualmente A) Se atornill primeramente en la parte superior de la columna en forma

manual B) Por control automtico la mquina asegur el extremo inferior.

- Proceso de ajuste A) En el ajuste el torque producido desgarr el hilo cnico de la columna B) Se solt la barra en el primer apriete y se volvi a instalar C) En vista a lo sucedido se abort la prueba

Observaciones.

- Se observ flexin por pandeo de la columna

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FONTEC - CORFO

- No se pudo realizar la aplicacin de presin. Peso ptimo para el manejo No se deben engrasar

Descripcin del Prototipo 2/1 a Prueba

Fabricacin

Cuerpo del prototipo fabricado a partir de tubera de PE-lOO extruida, PNl6 estandard, los extremos del prototipos son de semielaborados de PE-lOO mecanizado por CNC.

La unin de los elementos se realizan mediante soldadura por placa calefatora.

Caracterstica: Color negro

Dimensiones

Se adjunta el plano respectivo.

Prueba del prototipo en laboratorio

- Ensaye de soldadura - Peso

Prueba en faena

- Se instal manualmente

A) Se atornill primeramente por el extremo inferior de la columna. B) Por control automtico la mquina asegur el extremo superior.

- Proceso de ajuste

A) El torque producido desgarr el hilo cnico de la columna

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B) En vista de lo sucedido se abort la prueba

Observaciones

- No se pudo aplicar presin. ., .

EVALUACIN DE LA FABRICACIN

HDPE:

I.I-EI primer prototipo se fbrico de HOPE (PE-lOO), con caractersticas similares a la barra fabricada en acero pero de mayor pesor.

Si bien los clculos preliminares indican que el PE resiste las solicitaciones en forma individual, la simulacin por FEM arroja estrecho margen de seguridad.

1.2.- El HOPE presenta mayor facilidad al maquinardo.

1.3.- La fabricacin del prototipo HOPE presenta la desventaja de estar constituido por tres partes que deben ser soldadas.

1.4.- La fabricacin del prototipo en HOPE se realiza a partir de una tubera estndar disponible en el mercado.

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EVALUACIN DE PRUEBAS Al realizar la prueba del prototipo de Polietileno (HDPE), los hilos de los extremos de las barras no resisten las solicitaciones de acople y desacople de! montaje, por lo tanto no fue factible realizar pruebas con las cargas de operacin en este prototipo.

Para e! prototipo a efectos de prueba se tiene como objetivo verificar los resultados arrojados por los clculos preliminares y simulacin por elementos finitos. En vista a los resultados este material arroja mrgenes de seguridad mayores.

Realizando un anlisis exaustivo de lo ocurrido y un seguimiento a los procesos involucrados en la fabricacin de la interface (acople), se ha llegado a la siguiente conclusion: Se debe proceder a probar prototipos de Plsticos de Ingeniera como los refcrenciados antcrioremente mejorando la tenacidad y resistencia mecnica.

De las pruebas realizadas se desprende que es necesario desarrollar un procedimiento para manipulacin, manejo e instalacin de las columnas desarrolladas ya que debe tenerse en cuenta e! comportamiento distinto que presentan estos materiales con respecto al acero, por lo tanto surge la necesidad de capacitar a los trabajadores que utlizarn esta aplicacin de columnas en el comportamiento y uso de los materiales plsticos

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FONTEC - CORFO PRUEBAS PILOTOS RESULTADOS @l[,\Qliili~ 1QIill\

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ACTUALIZACIN DE ALTERNATIVAS

En el desarrollo de proveedores de materiales y/o procesos se han logrado identificar nuevas alternativas de aplicacin, las cuales se detallan en este punto a fin de incorporarlas como posibles soluciones.

La base de Alternativas preseleccionadas finales son:

Nomenclatura:

IIDPE PEX PUR PA

= Polietileno de Alta Densidad = Polietileno Reticulado = Elastmero base Poliuretanos = PoliAmida

MATERIAL PROCESO FABRICACIN

IIDPE Revestimiento PEX Revestimiento PUR Elastmero Revestimiento POLIAMIDA Revestimiento

Se han definido las siguientes Alternativas:

Alternativa : Revestimiento de IIDPE Alternativa : Revestimiento de Polietileno Reticulado Alternativa : Revestimiento de PUR Elastmero Alternativa : Revestimiento de Poliamida Alternativa : Adaptador de IIDPE Alternativa : Adaptador de PEX Alternativa : Adaptador de PA

Adaptador Adaptador

-

Adaptador

En esta etapa se deben incorporar los alcances referidos a:

Proveedores de Materiales

Proceso de Fabricacin

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...

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Anlisis de Precios

CARACTERIZACIN y FABRICACIN DE PROTOTIPOS

Los esquemas finales de Materiales, Propiedades y Procesos de Fabricacin son los que se detallan a continuacin.

PE ( Polietileno ) PP ( Polipropileno ) PEX (Polietileno reticulado ) PA ( Poliamida ) PI ( I'oliimida ) PUl( (Elastmc!'o)

i .......... I

En la representacin anterior se han graficado en trminos comparativos las propiedades de los materiales analizados. En particular las pruebas hechas con respecto a la resistencia a Abrasin.

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Se concluye que la relacin decreciente en trminos de Resistencia a Abrasin result ser:

1) PUR Elastmero similar a PEX 2) PI 3) PA 4) PE 5) PP

En el desarrollo de posibles proveedores que se adjunta en Anexo 1 se ha podido concluir:

P A = Poliamida

En Chile la nica empresa que "fabrica" Poliamida es INDUP AQ, sin embargo, a la fecha no est fabricando piezas como las requeridas para este proceso. En vista de lo anterior el perfil de proveedor en Chile es empresas que importan masisos (semielaborados) para luego ser mecanizados por Thiessen.

PI = Poliimida

No se fabrica en Chile y solo corresponde al caso de importar semielaborados

PUR Elastmero

Es procesado en Chile, sin embargo, sus materias primas son importadas y por factor tiempo del proyecto y "cantidades" no ha sido factible fabricar prototipo para sus pruebas. Cabe destacar que de las alternativas estudiadas sta es la nica que se fabrica "proyectando" materias primas lquidas sobre una colurrma metlica, es decir, ocurre una reaccin qumica de endurecimiento (gelificado y curado) del material plstico. Este proceso ocurre en tiempos muy cortos ( 10 -20 segundos)

PEX = Polietileno reticulado

En este caso el material es un termoplstico que se puede "entochar" ( fabricacin de recubrimiento mediante enrollamiento) PE plastificado sobre la colurrma de acero y posterior mecanizado del mismo.

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PE = Polietileno

En este caso el material es un termoplstico que se puede "entochar" ( fabricacin de recubrimiento mediante enrollamiento ) PE plastificado sobre la columna de acero o columna completa y posterior mecanizado del mismo.

Los resultados preliminares de las etapas anteriores nos llevaron a pruebas finales en base a dos conceptos:

Concepto Recubrimiento plstico

Concepto Columna mecamza

Un mandril de acero se recubre con material

Un semielaborado de material plstico se

Los nuevos tipos de prototipos fabricados para su prueba se muestran a continuacin:

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1) Columna metlica especialmente diseada revestida con material plstico

2) Columna de plstico especialmente diseada

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TIPO 1 : ALTERNATIVA DE RECUBRIMIENTO

Se ha procedido a fabricar y probar prototipo en base recubierto con HDPE segn el siguiente modelo:

a mandril metlico

Affernativa 1: RECUBRIMIENTO ANTIABRASIVO

Mezaniz.ado: : "A HDPE : V" ADAPTADOR

I.1ETAuco

Exlrusln: tv1 ~ HDPE

PEX v,

SPRAY: hA Elastmero :"" ADAPTADOR

...................... RECUBIERTO

,

MECANIZADO FINAL

/ ....................... ~ . . ,~ .

.

IINSPECCION fmmmmm) PRUEBA TERRENO , , , , ,

', ........................ ~

S DE REVESTIMIENTO ALTERNATIVA 12 m m de espesor

HOPE semlaaborodo HDPE "entochado PE< "ertochaoo~ PVDF PU celado Elastmero

Secc/nAA

'0-

, I

:SULTADO

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1'. Etapa: Fabricacin de mandriles de acero segn especificaciones de plano anterior

2'. Etapa: Mecanizado del mandril a dimensiones intermedias para luego ser revestido en HDPE segn especificaciones

PONTEe 70

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3'. Etapa: Mecanizado de revestimiento de HDPE a medidas fmales

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43 Etapa: Prueba de prototipo revestido

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DESCRIPCIN DE PROTOTIPOS TIPO 1

Fabricacin:

Columna metlica tratada superficialmente la cual se revisti mediante "entochado" con Polietileno de Alta Densidad (HDPE) plastificado

Dimensiones del revestimiento: Segn plano adjunto se tiene

Espesor = 12 mm, Dimetro externo = 140 mm, Largo = 840 mm

Material del revestimiento : Polietileno de Alta Densidad (HDPE)

Prueba del prototipo en laboratorio: Caracterstica del recubrimiento

- Prueba comparativa de resistencia a Abrasin - Peso de HDPE = 3.6 kg - Peso total (columna metlica + revestimiento) = 63 kg - Densidad = 0.96 gr / cc ( Alta Densidad segn Norma ISO 4427 ) - Polietileno tipo lOO segn Norma ISO 4427 - Color negro (Negro de humo segn ISO 4427)

Fabricacin del revestimiento:

"Entochado" de HDPE plastificado a 210C +- 10C

Prueba en faena:

- Se instal manualmente C) Se atornill primeramente en la parte superior de la columna. en forma

manual D) Por control automtico la mquina asegur el extremo inferior

En esta experiencia el recubrimiento fue daado completamente en la faena como se observa

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,.

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Observaciones o

Se observ (ensayo de adherencia) excelente a unin entre la columna y el revestimiento debido a anclaje y termo contraccin del material plstico

TIPO 2 : ALTERNATIVA DE COLUMNA PLSTICA Con HDPE se ha procedido a fabricar prototipo segn el modelo representado a continuacin:

Alternativa 2: PIEZA UNITARIA

Extrusin: HOPE

PA

"Enlochado": HOPE PEX

o o o o o o 0 ___ ~: __________ o

IINSPECClONlm_mnmm

,

BOCINA PLSTICA

MECANIZADO FINAL

PRUEBA TERRENO

,------------------------

RESULTADO

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ALTERNATIVA DE SEMELABORADO ('TOCHO")

HDPE PE:< PA PI

Se=/nA-A

1 a. Etapa: Fabricacin de "tocho" de HDPE en base a enrollamiento sobre un mandril del mismo material

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2". Etapa: Mecanizado del "tocho" a dimensiones de columna final segn especificaciones

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23 Etapa: Mecanizado del "tocho" a dimensiones de columna final segn especificaciones

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l

,

J 3a Etapa: Prueba de columna en perforacin a escala real

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DESCRIPCIN DE PROTOTIPOS TIPO 2 Fabricacin:

Columna 100 % plstica

Dimensiones : Se adjunta el plano adjunto

Material : Polietileno de Alta Densidad (HDPE)

Prueba del prototipo en laboratorio: Caracterstica del material

- Prueba comparativa de resistencia a Abrasin - Peso de total de columna de HDPE = 13.2 kg - Densidad = 0.96 gr / cc ( Alta Densidad segn Norma ISO 4427 ) - Polietileno tipo 100 segn Norma ISO 4427 - Color negro (Negro de humo segn ISO 4427)

Fabricaci"t de columna:

"Entochado" bocina de HDPE plastificado a 210C +- 10C Mecanizado de columna plstica

Prueba en faena:

- Se instal manualmente C) Se atornill primeramente por el extremo inferior de la columna D) Por control automtico la mquina asegur el extremo superior.

Observaciones

Se observ baja resistencia en los hilos del HDPE Baj el ruido de la faena en la penetracin de la columna plstica Disminuy drsticamente el peso de la columna La zona de apriete (presin de mordazas) requiere de control especial que en esta oportunidad no se pudo controlar (presin de acero con acero)

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RESULTADOS Y CONCLUSIONES DE PROCESO Y DE PRUEBAS DE PROTOTIPOS

Los resultados obtenidos se pueden resumir en:

Resultados y Conclusiones de Proceso de fabricacin:

1) El proceso de fabricacin mediante recubrimiento de mandril metlico con HDPE por procedimiento denominado "entochado" result ser fcil, efectivo y econmicamente rentable. Estructura de costo est dada por el valor nominal de la materia prima (aprox. 1 US$ ) mas el costo de servicio de "entochar"

2) El peso de colurrma metlica recubierta fue de 63 kg, mientras que la colurrma completa de HDPE fue de 13.2 kg.

3) El revestimiento de HDPE tuvo un peso de 3.6 kg, lo que implica un costo aproximado de 3,6 x 2 x 1 = 7.2 US$ por material plstico

4) El tiempo empleado en "entochar" un mandril metlico fue de aproximadamente 60 minutos, incluyendo los tiempos muertos ~5) El proceso de "entochar" solamente HDPE tambin result ser de gran

facilidad (disponible en el mercado), efectividad y de costo estructuralmente similar al anterior ( materia prima + servicio de fabricacin de "tocho" )

6) El peso de la colurrma de HDPE fue de 13.2 kg, lo que implica que el costo directo de material es de aproximadamente 13.2 x 1.1 x 1 = 14.5 US$

7) El mecanizado del HDPE realizado por primera vez en Thiessen, result ser simple y fcil para las instalaciones actuales

8) El proceso de "entochado" definitivamente en mejor que el mecanizado de piezas de revestimiento como el que se hizo en las primeras pruebas

9) Se concluye que el "entochado" de PEX es factible y solo se debe resolver la posibilidad de importar material para probar

10) El proceso de "entochado" permitira con la tecnologa actual de proveedores de HDPE hacerlo con PVDF, PEX, P A, esto implicaria proveedores nacionales

11) El proceso inicial de revestimiento mediante semi elaborado de HDPE y posterior soldadura se descarta ya que se pudo comprobar su lentitud, muy bajo grado de anclaje y mucha mano de obra en trminos

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.'0

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comparativos con los nuevos procesos presentados ("entochado" y proyeccin)

12) El proceso de "proyeccin" con PUR elastmero debera ser probado y desarrollado

13) Para asegurar la calidad de las columnas revestidas y/o plsticas se desarrolla una propuesta de sistema especfico para la fabricacin, cuya finalidad es prevenir y detectar cualquier no conformidad que se genere durante la fabricacin del producto. El Plan de Calidad se aplica en base a:

(d)Requisitos especificados para el producto, establecidos segn diseo o especificacin.

(e)Conformidad del producto mediante demostracin adecuada de la capacidad del proveedor

(f) Seguimiento y trazabilidad del producto en cualquier punto de la fabricacin.

Resultados y Conclusiones de Pruebas Piloto:

1) Para los materiales probados se concluye que es factible una solucin tanto en el concepto de Revestimiento de columna metlica como de Columna 100 % plstica

2) El HDPE en la zona de comportamiento elstico es una solucin factible del tipo "desechable"

3) Durante las pruebas de perforacin se detectaron mejoras adicionales al comportamiento objetivo (resistencia a abrasin):

Menor peso: Disminucin de lumbago (actualmente accidente de trabajo) Menor ruido durante la faena de perforado Posibilidad de color en la masa (codificacin de geometras) No se requiere de grasa en los acoples

4) La buena resistencia a abrasin de todos los materiales plsticos analizados permiten pensar en mejora de la vida til de la columna

5) La columna plstica sufre de mayor pandeo que una metlica, lo que implica posibles problemas en la direccin de perforacin

6) Los mayores problemas y donde debe enfocarse el desarrollo siguiente es a resolver la resistencia en los hilos de acople (enroscado) entre columna plstica y tri cono, as como, entre columna plstica y columna de perforacin

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7) Similar conclusin a la anterior se deduce de todas las zonas donde hay contacto del tipo plstico-metal, en particular cuando hay presin, como es el caso de las mordazas. Se debe estudiar el comportamiento y las condiciones de presin de aprete mxima y su control.

8) Se recomienda probar hilos alternativos al cnico 9) Un aspecto importantsimo en la transferencia de tecnologa desde

material metlico a material plstico es la capacitacin de personal. Lo anterior implica en alguna medida cambio de filosofia de enfrentar la operacin. (los materiales plstico se comportan de otra manera y por tanto se trabajan de otra forma)

10) Se recomienda continuar el desarrollo enfocando los esfuerzos a desarrollar proveedor especficos de PEX y/o PUR elastmero

11) Se concluye que los materiales factibles de usar en la fabricacin de revestimiento para columnas metlicas son:

HDPE para soluciones de baja duracin (desechable) PUR elastmero para solucin de alta solicitacin PEX (a probar) para solucin de largo plazo

12) Se concluye que los materiales factibles de usar en la fabricacin de columnas 100% plstica son:

HDPE para soluciones de baja duracin (desechable) PEX (a probar) para solucin de largo plazo (durable) PA para solucin de largo plazo (durable)

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..

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ANEXO 1: ANLISIS DE PROVEEDORES - -

PROVEEDORES DE MATERIALES

El perfil de bsqueda se centr en proveedores de semielaborados, transformadores de materias primas, comercializadores de materiales plsticos. Dicha bsqueda se realiz sobre la base del material utilizado para los prototipos a probar y alternativas seleccionadas u ofrecidas por los proveedores, de acuerdo a las solicitaciones a las cuales esta sometida la columna en su operacin.

En base a Base de datos de posibles proveedores en el extranjero y en Chile se estableci contacto utilizando distintas vas de comunicacin siendo Internet la principal herramienta de bsqueda. La respuesta obtenida de los contactos gener la informacin que se presenta a continuacin.

De la informacin reunida respecto de la proveedura internacional de barras en material plstico, se puede concluir que existe claramente la posibilidad de proveedores extranjeros de semielaborados de material plstico.

La barra en poliamida 6 por colada es una alternativa viable desde el punto de vista econmico, ya que el estudio indica que un pedido de barras a una representacin en Argentina de 100 unidades alcanza un valor de alrededor de us$ 250. Ver anlisis econmico de proveedura Internacional barras poliamida 6 por colada

Se ha analizado los posibles proveedores ("entochado") nacionales de acuerdo a su capacidad tecnolgica y caractersticas de proveedura , proponiendo a las siguiente empresas como posibles proveedores:

SIPLAS S.A. / Sr. Marcelo Basso INFEPLAST Ltda. / Sr. Patricio Rodriguez PLASTECNIA Ltda. / Juan Pedro Belmonte

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A continuacin se lista la informacin de direccin de contactos con empresas internacionales en los rubros proveedura de materiales plsticos en forma de materia prima, proveedores de semielaborados y empresas de mecanizado de materiales plsticos y mecanizado en general analizado en el marco de este proyecto

Pagina web Contacto de correo

www.mecanizados-Jami.com infQ@necanizados-lami.com www.oi-savall.eslaolitex anlitexabnicronlanet.net

www.cecor.es tallerrakecor.es www.mrf.es/mundo%200/mundo-O mrbrasilfa'l:zaz.com

www.ruttino.com.br infofa>ruttino.com.br www.triesa.es triesa@,triesa.es

www.rhodiQoliarnida.com.br info(a)..rhodi:ooliamida.com.br www.mastertecnoQlastica.com.br/duQont vendaa)mastertecnonlastica.com.br

www.cybemw.com mrn.lknnm.com www.cervellati.it infofa)cervellat.it

www.sidera.com.ar ichorost(a1sidera.com.ar www.vescoQlastics.com selesv vesconlastics.com www.mgs-fgm.com.br victar rlV.lll2:S-fQ11l.com. br www.rtQcornQany.com rtna) rtocomnanv.com

www.olasticscomerce/maineolastics.com dkaolanr1maineolastics.com www.dsmeQQ.com obusto(Q)ciudad.com.br

www.Ja.com.ar ventas!Jia.com.ar www.ferroQlast.es/Qages/frames.htrnl

www.confab.com.br/contacto/index-esQ.htrnl www.unasa.com

crnonicarwtukan.ujat.mx devega@svt.es

goialde@adegi.es

tecnet@tecnet.satlink.net

rnvr@encomix.es

info@zurzlo-hnos.com.ar

info@goofellow.com

fidelau@intemet.com.rnx

henco@arrakis.es

sinsol@conecta.com.mx

guadri@ki!ynet.net.ar

ramon.burguillos@tecnocontroles.com

rnhaginsa)jgs.net ramshaw@camase.org

noveglasVven.net

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webmaster@sdplastics.com

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ANEXO 2: ANLISIS TCNICO DE COLUMNAS DE P A / PI

Como consecuencia del estudio de innovacin tecnolgica se ha llegado ha desarrollar un mtodo de recubrir y/o fabricar una columna completa en Poliamida.

Por el anlisis tcnico de las pruebas realizadas con los prototipos de HDPE se detennina que la P A resiste las solicitaciones mecnicas como predice el anlisis tcnico y la simulacin por elementos finitos previamente realizados.

En relacin a los elementos metlicos de las mquinas perforadoras que estn en contacto directo con la columna plstica se debe analizar su modificacin en las condiciones de aprete y ajuste para evitar el deterioro prematuro de la misma.

De el comportamiento de las barras en el acople y desacople, se estima la realizacin de un mayor control de los parmetros de operacin de la maquina para obtener un menor deterioro de los hilos plsticos.

Para evitar el efecto del deterioro de los hilos en las columna, se debe realizar un estudio particular a fin de lograr obtener una configuracin metal-plstico que pennita resolver el problema detectado en la rosca plstica. Esto pasa por un anlisis de otro tipo de hilo (no cnico).

Se debe capacitar y calificar personal en el manejO y uso de los materiales plsticos.

Respecto de la desviacin durante la penetracin de la columna, sta no ha podido ser cuantificada.

El peso estimado para el diseo de la columna se encontrara entre 18 y 20 kg.

Poliimida = PI

La alternativa de columna en PI (Poliimida) es tcnicamente aceptable ya que sus propiedades mecnicas superan ampliamente los

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valores presentados por la PA, por lo cual se estima que la operacin con columna de este material se desarrollara de forma ms cercana a la operacin con columna metlica.

Manteniendo el diseo desarrollado para la columna de PAla de PI presentara una mayor resistencia en los hilos en la operacin de acople y desacople.

La mayor rigidez que presenta este material respecto a la Poli amida se debe traducir en un menor grado de desviacin y mejores condiciones en perforaciones inclinadas.

En lo dems las conclusiones son similares a las de la Poliamida

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ANEXO 1: ANLISIS ECONMICO BSICO En este caso el anlisis es comparativo y resulta de modo lineal con respecto al valor de la unidad de masa para cada material, a saber:

HDPE PEX PA

: 1 : 1.8 - 2.2 : 2.5-3

PUR elastom.: 10 PI : 400

US$/kg US$/kg US$/kg US$/kg US$/ kg

Estos antecedentes implican que el material a descartar es la PI por su alto costo unitario y que no se sustenta por la diferencia de valor agregado que aporta.

En relacin al PUR elastmero la conclusin es diferente ya que en este caso la nica posibilidad tcnica es el revestimiento y en espesores del orden de 5 - 6 mm, lo que lo hace un material atractivo como solucin tcnico-econmica.

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D.- RESULTADOS y CONCLUSIONES

El resultado final de este proyecto nos permiti configurar tcnicamente la fabricacin de las barras de perforacin para uso minero

La primera etapa del proyecto, estuvo enfocada en determinar los parmetros para la fabricacin de las barras. Fue necesario determinar la materia prima a utilizar : la experiencia especializada en polmetros de Carlos Quezada nos permiti acotar el estudio y direccionarnos de inmediato hacia ciertos polmetros muy especficos, que al final fueron los que mejor rindieron en las pruebas pilotos realzadas.-

La segunda etapa y la que nos demand un mayor tiempo, fue realizar las distintas pruebas experimentales. En esta etapa se obtuvo toda la informacin necesaria para configurar en forma definitiva cada barra de perforacin preparada a nivel de prototipo. A travs del estudio exhaustivo de las fallas que presentaban en as diferentes pruebas y el contacto directo con el usuario, se retroaliment el proceso de fabricacin de forma tal introducir las mejoras necesarias para mejorar el producto final.

Despus de realizar este proyecto, creemos que poseemos el conocimiento tecnolgico destinado a la fabricacin de barras de perforacin en base polmeros para minera , identificando las variables que inciden en su produccin. A travs de este proyecto, hemos ganado una experiencia muy valiosa al detectar en terreno los problemas que tenan los usuarios y con lo cual hemos desarrollado y perfeccionado el producto.

Nuestro siguiente paso ser establecer estrategias comerciales y alcarIZar alianzas estratgicas con proveedores, ya sea de aceros, polmeros y susa derivados, tratamientos trmicos, etc., lo cual nos llevar a un escalamiento productivo econmicamente sustentable y rentable, con el objetivo de sustituir los productos importados que llegan a nuestro pas.

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,.

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E.- BIBLIOGRAFIA.-

Artculos tcnicos Proporcionados QUIMICA POLMEROS por CIP CHILE, proveedores de A. ZLATKIS / E. BREITMAIER polmetros de ingeniera.-

QUIMICA y FISICA DE OS Artculos y Revistas Especializadas, POLIMEROS DE HDPE As como Internet. L. G WADE, Jr

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Carta Gantt:

Desarrollo del proyecto estudio:

ITEMS 1 2

l- Una etapa de definicin de las materias primas y procedimientos.-

Anlisis Conceptual del Material, Inferi comportamiento.- l

- Anlisis Conceptual I - Seleccin tcnica econmica preliminar d 1

cada alternativa l.', . - Desarrollo y Fabricacin 1> - Propiedades Mecanizas - Dimensiones Fsicos Requeridas. - Parmetros tcnicos de Operacin. .

Evaluacin Tcnica ..

- Generacin de alternativas de materiales 1 . - Seleccin