herramientas empleadas por lo geologos en el campo

Aunque parezca algo trivial el tema, las herramientas empleadas en campo han dejado gran impacto en las actividades que realizamos, llegándose a desarrollar diferentes metodologías al momento de realizar un levantamiento geológico. Los geólogos básicamente utilizan un juego de herramientas constituido por 8 piezas, entre las cuales están:

Martillo y Cincel

Son empleados para extraer las muestras en campo, están hechos de acero reforzado, forjadas en una sola pieza y recubiertos en su empuñadura por nylon con revestimiento especial que reduce los impacto de los golpes. Los hay en distintos modelos, tamaños y formas, todo en funciona al tipo de roca sobre la que se pretenda trabajar.

 En algunos casos este implemento por si solo no es eficaz, por lo cual se le suman los cinceles, estos al igual de los martillos, están compuestos de acero reforzado y proporcionan mayor impacto en rocas muy duras.

Brújula 

 Antes de la invención del teodolito, esta se usaba principalmente como medio practico para medir las direcciones y ángulos. Como en el caso del martillo, las brújulas para geólogos posee atributos implementados que no se aprecian en una brújula común, permitiendo realizar actividades adicionales como las correctas mediciones de los rumbos y buzamientos en los cuerpos rocosos, medir alturas en afloramientos, entre otros. 

Cinta Métrica

Para los geólogos, estas permiten realizar mediciones en cuanto a la extención de un afloramiento, espesores de los estratos o las distancias entre los puntos (estaciones) de una poligonal. Por lo general este instrumento no ha sufrido variaciones desde su invención, salvo la diversidad de materiales con los que se fabrica y las escalas que estas puedan poseer, algunas en metros, pulgadas y pies o todas juntas.  

Lupa

Las lupas también son instrumentos bastantes empleados en diversas áreas de las ciencias, en nuestro caso, son una mini ventana por donde se podrá hechar un primer vistazo en las rocas, por medio de ellas  es posible reconocer minerales que constituyen a una roca en concreto, y claro esta, ayuda a identificar la litología en el campo. La empleada por los geólogos, por lo general llegan a tener hasta 30X de potencia o aumento, pero últimamente he llegado a saber de algunas de mayor potencia.

Navaja

Representa una magnifica herramienta de supervivencia, por lo cual nunca se debe ir a explorar sin ella. Desde el punto de vista geológico, estas son tan versátiles como en cualquier otro aspecto, salvo que nos permite aplicar algunas pruebas básicas de dureza sobre minerales (rayar) y rocas (abrir).

Libreta

Estas son parte fundamental en los levantamientos que se realizan en campo, en ella se anota todos los aspectos del estudio que se realice, al igual de bosquejos e ilustraciones de las secciones trabajadas. Por lo general son de caratulas resistentes y de tamaño adecuado para escribir en ellas sin apoyo mas que el de nuestra mano.

Químicos

Así como la navaja, estos nos ayudan a realizar ciertas pruebas en el campo, ejemplo el ácido clorhídrico el cual permite identificar fácilmente los materiales calcáreos, o como el agua oxigenada para determinar materia orgánica. 

Mapas y GPS

Quizás el mas importante de todas las herramientas, cuando se va a realizar una actividad de esta naturaleza, es imprescindible contar con mapas viales o políticos, así como de geológicos del área donde nos encontremos, ellos nos proporcionaran información básica muy valiosa en cuanto a nuestra ubicación.

Existen otros instrumentos empleados campo, estos van en función al tipo de actividad que se pretenda hacer y la complejidad de los mismos, ejemplo en esos casos se suma a lo antes mencionado el GPS, el cual nos ofrece en tiempo real nuestra ubicación, cota, distancia, entre otros, de manera practica y menos engorrosa que con un mapa tradicional.

Estas serian las herramientas indispensables para realizar una actividad geológica en campo, claro esta, no puede faltar nuestras provisiones de agua y comida que al igual de una pequeña bolsa de primeros auxilios!.

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Dimensionamiento de una flota de equipos para la explotación de una Mina a Cielo Abierto

Una de las etapas más relevantes en un proyecto es la adecuada selección de los equipos industriales involucrados en el proceso productivo, ya que los costos estimados para el proyecto pueden diferir en gran medida con respecto a los reales en función de la selección de la maquinaria a utilizar. Es así que en la explotación de un yacimiento el dimensionamiento de los equipos resultará del análisis de gran cantidad de información, tanto tecnológica como práctica, las cuales permitirán determinar las mejores alternativas para la extracción y el manejo de los recursos involucrados.

La información tecnológica proviene de las distintas fábricas y distribuidores de equipos y maquinarias mineras disponibles en el mercado, y la información práctica la obtendremos de la experiencia en faenas mineras similares o no a nuestro proyecto, estadísticas y también de los estudios que se realicen respecto al comportamiento de las variables involucradas en el proceso de selección de la flota.

Para el proceso de dimensionamiento de equipos debemos definir los siguientes puntos:

• Envergadura de nuestro proyecto (vida de la mina, reservas, etc.).
• Programa de producción (movimiento de materiales).
• Parámetros de diseño (malla de perforación, perfiles de transporte, restricciones en dimensiones generales de                                       operación, altura de bancos, pendientes, etc.).
• Tecnología disponible (equipos y maquinarias).
• Factores operacionales (días de trabajo, sistemas de turnos, índices operacionales, etc.).
• Factores de relación Mina-Equipos (resistencia a la rodadura, abrasividad del material, etc.).
• Rendimientos y costos estimados.

En función de estos puntos se definirán las mejores alternativas, las cuales serán evaluadas según criterios de selección que permitirá definir nuestra mejor flota para nuestro proyecto.

Índices de Operación. (Asarco)

De modo genérico y en función de su representatividad y contenido, estos índices operacionales mineros se pueden clasificar en cuatro grandes grupos:

1)      Índices Mecánicos:

Los que informan sobre la disponibilidad física de equipos e instalaciones y sus rendimientos o producciones por unidad de tiempo.

2)      Índices de Insumos:

Los que señalan magnitudes de los elementos consumidos para lograr una unidad de producto comercial o el rendimiento del insumo expresado en unidades de producto por unidad de elemento consumido (ejemplo Kg.explosivo/ tonelada, ton-Km/ lt combustible).

3)      Índices Mineros:

Los que muestran las relaciones y/ o proporciones que toma la materia prima mineral y sus leyes al fluir por las distintas etapas del proceso de extracción y beneficio (ejemplo razón estéril/mineral).

4)      Índices de Resultados:

Los que indican logros planeados y reales para el período reportado (por ejemplo ton Cu fino/mes).

Limitándonos a nuestro tema, solo abordaremos los índices mecánicos, los cuales provienen de la información obtenida por un sistema desarrollado y aplicado, a objeto de lograr la optimización de los siguientes aspectos relacionados con equipos e instalaciones:

• Uso, funcionamiento y operación.
• Mantención electromecánica.
• Reemplazo oportuno y adecuado.

La optimización debe entenderse como máxima disponibilidad operativa y rendimiento al mínimo costo de inversión, operación y mantención.

A continuación definiremos los parámetros a utilizar en la obtención de los índices, estos parámetros dicen relación con la distribución temporal de la máquina en cada tarea en un período dado.

Tiempo Cronológico o Calendario (TCR):

Son las horas correspondientes al tiempo calendario natural como días, meses, años, etc., y se divide en dos tiempos que corresponden a:

                                   I          Tiempo Hábil.

                                   II         Tiempo Inhábil.

Tiempo Hábil u Horas Hábiles (HH):

Son las horas en que la faena está en actividad productiva y/ o en tareas de mantención de sus elementos de producción y/ o infraestructura, en estas horas cada instalación o unidad está en:

• Operación.
• Reserva.
• Mantención.

Tiempo Inhábil u Horas Inhábiles (HIN):

Son las horas en que la faena suspende sus actividades productivas y/o mantención de sus elementos y o infraestructura por razones como:

• Paralizaciones programadas: Domingos, festivos, vacaciones colectivas, colaciones etc..
• Imprevistos: Originadas y obligadas por causas naturales como lluvias, temblores, nieve, etc., u otras ajenas al control de la faena como la falta de energía eléctrica, atrasos en la llegada del transporte de personal, ausentismo colectivo por epidemias.

Cuando en horas o tiempo programado como inhábil un equipo o instalación es operado y/ o sometido a mantención y/ o reparación, el tiempo real es computado como tiempo hábil y clasificado en una de sus tres condiciones.

Tiempo de Operación u Horas de Operación (HOP):

Son las horas en que la unidad o instalación se encuentra entregada a su(s) operador(es), en condiciones electromecánicas de cumplir su objetivo o función de diseño y con una tarea o cometido asignado. Este tiempo se      divide en:

• Tiempo Efectivo.
• Tiempo de Pérdida Operacional.

Tiempo Efectivo u Horas Efectivas (HEF):

Son las horas en que la unidad de equipo o instalación está funcionando y cumpliendo su objetivo de diseño.

Tiempo de Pérdida Operacional u Horas de Pérdidas (HPE):

Son las horas en que la unidad de equipo o instalación, estando en condiciones electromecánicas de cumplir su objetivo de diseño, a cargo de su(s) operador(es) y con una tarea asignada, no puede realizarla por motivos ajenos a su funcionamiento intrínseco, como son los traslados, esperas de equipo complementario y en general por razones originadas en la coordinación de las operaciones.

Tiempo de Reserva u Horas de Reserva (HRE):

Son las horas hábiles en que la unidad de equipo o instalación, estando en condiciones electro-mecánicas de cumplir su función u objetivo de diseño, no lo realiza por motivos originados en una o más de las siguientes razones:

• Falta de operador (si es en la hora de colación se toma como tiempo inhábil, si el equipo sigue funcionando y hay cambio de operador se considera tiempo de operación).
• Falta de capacidad prevista de equipo complementario o accesorio.
• No requerirlo el programa o plan de trabajo.
• No permitirlo el área donde debería cumplir su función.

Tiempo de Mantenimiento u Horas de Mantención (HMT):

Son las horas hábiles comprendidas desde el momento que la unidad de equipo o instalación no es operable en su función objetiva o de diseño por defecto o falla en sus sistemas electro-mecánicos o por haber sido entregada a reparación y /o mantención, hasta que ha terminado dicha mantención y/ o reparación y el equipo está en su área de trabajo o estacionamiento en condiciones físicas de operación normal. El tiempo de mantención se divide en:

• Esperas de personal y/ o equipos de apoyo y/ o repuestos.
• Traslados hacia y desde talleres o estación de mantención o reparación.
• Tiempo real de mantención y/ o reparación.
• Movimientos y/ o esperas de estos en lugares de reparación y/ o mantención.

Igualdades:

TCR = HH + HIN

HH = HOP + HRE + HMT

HOP = HEF + HPE

Ahora veremos la utilización de estos parámetros temporales en la definición de los índices mecánicos.

Índices Operacionales

Disponibilidad Física:

Es la fracción del total de horas hábiles, expresada en porcentaje, en la cual el equipo se encuentra en condiciones físicas de cumplir su objetivo de diseño.

DF = (HOP + HRE) x 100    %

        HH

Este indicador es directamente proporcional a la calidad del equipo y a la eficiencia de su mantención y/o reparación, e inversamente proporcional a su antigüedad y a las condiciones adversas existentes en su operación y/o manejo.

Índice de Mantenimiento:

Es el tiempo en horas que el equipo es operado por cada hora invertida en su mantención y /o reparación.

 IM = HOP / HMT = (HEF + HPE) / HMT

El valor de este índice es proporcional a la calidad del equipo controlado y a la eficiencia de su mantención y/ o reparación, e inversamente proporcional a su antigüedad y a las condiciones adversas en su operación o manejo.

Índice de Utilización:

Es la fracción del tiempo, expresada en porcentaje, en la cual el equipo es operado por cada hora en que este está en condiciones de cumplir su objetivo de diseño o físicamente disponible.

UT = (HOP x 100) / (HOP + HRE) 

Es directamente proporcional a la demanda o necesidad de la operación de utilizar el equipo, e inversamente proporcional a su disponibilidad física y a su rendimiento.

Aprovechamiento:

Es la fracción del total de horas hábiles, expresada en porcentaje, en que el equipo físicamente disponible es operado en su función de diseño incluyendo sus pérdidas operacionales.

A = HOP x 100 / HH  % = DF x UT / 100  %

Es directamente proporcional a la demanda o necesidad de la operación de utilizar el equipo, dentro del límite impuesto por la disponibilidad física del mismo, e inversamente proporcional al rendimiento del equipo.

Factor Operacional:

Es la fracción de tiempo, expresada en porcentaje, en que el equipo realiza efectivamente su función de diseño por cada hora en que es operado.

FO = HEF x 100 / HOP  % 

Es inversamente proporcional al tiempo de pérdida operacional.

Rendimiento:

Es el promedio de unidades de producción realizadas por el equipo por cada unidad de tiempo de operación.

R = UNIDADES DE PRODUCCIÓN PROMEDIO

    UNIDAD DE TIEMPO DE OPERACIÓN

Es directamente proporcional a la velocidad de producción del equipo e inversamente proporcional al tiempo de pérdida operacional.

Rendimiento Efectivo:

Es el promedio de unidades de producción realizadas por el equipo en cada unidad de tiempo Efectivo de operación.

R     =           UNIDADES DE PRODUCCIÓN PROMEDIO

                    UNIDAD DE TIEMPO EFECTIVO DE OPERACIÓN

Teóricamente este valor debería ser el de diseño para el equipo, pero es alterado por las características físicas de donde se aplica su función, el medio ambiente, condiciones físicas del equipo y por las técnicas de su utilización.

Con estos índices podemos llevar un control en el transcurso de la vida de cualquier equipo, debemos tener en claro que por sí solos cada índice no representa una herramienta útil para dar solución a problemas o detectar causas de problemas, sino que en conjunto deberán analizarse para poder enfocar cualquier tipo de investigación al respecto, y el éxito de ello dependerá directamente de la calidad de la información obtenida para el cálculo de cada uno de ellos, es decir solo nos serán de utilidad si es que han sido medidos con claridad, comprobablidad, constancia y responsabilidad, es la única manera para que la implementación de este sistema de control en una faena tenga buenos resultados.

Dimensionamiento de Equipos: Perforación

Dimensionamiento de Equipos para las Operaciones Unitarias

Definida la vida útil de la explotación y los movimientos de materiales a realizar durante ese tiempo, tenemos determinado el ritmo de explotación de la mina y con ello el rendimiento exigido por nuestra faena, por lo tanto tenemos nuestro punto de partida para la definición de las actividades a realizar para cumplir con dicho rendimiento.

En el caso de la perforación tendremos que diseñar la malla de perforación, la cual podrá estar definida como un global en el caso de no discriminar sectores específicos de la explotación, o podrá definirse una malla particular para cada caso existente (mineral, estéril, sectores conflictivos, pre corte, bancos dobles, etc.). Recordemos que sobre la base del tipo de roca a perforar determinaremos el tipo de perforación más adecuada.

Cualquiera sea la situación necesitamos definir:

1. Diámetro de perforación.
2. Burden.
3. Espaciamiento entre tiros.
4. Disposición espacial relativa de los tiros.
5. Ángulo de inclinación de los tiros.
6. Largo de perforación (altura de banco + pasadura).

Definido el diámetro deberá determinarse (bajo criterios teóricos y/o empíricos) el burden y espaciamiento. Además debemos determinar la disposición espacial de los tiros, con lo cual quedará definida nuestra malla de perforación.

Definido lo anterior más la longitud de los tiros, se podrá determinar el tonelaje a mover involucrado en la operación de perforación, siendo:

Tt      =   Tonelaje a remover por cada tiro (toneladas)

B       =   Burden (metros)

E       =   Espaciamiento (metros)

H       =   Altura de Banco (metros)

P        =   Pasadura (metros)

d        =   Densidad de la Roca (toneladas/m³)

Tmb =   Tonelaje a remover por metro barrenado (toneladas)

Tap   =   Tonelaje a remover por área sometida a Perforación (toneladas)

T         =   Tonelaje total por período (toneladas)

Tenemos que:

Tt = B x E x H x d (ton)

Con lo cual podremos obtener índices como:

Tmb = Tt / (H + P) (ton/mb)

Tap = Tt / (B x E) (ton/m²)

Con lo cual podremos tener una aproximación de:

Número de tiros necesarios por período, para cumplir con el programa de explotación de la mina (tiros o perforaciones):

Nt = T / Tt (tiros)

Metros barrenados requeridos por período, para cumplir con el ritmo de explotación de la mina (metros barrenados):

Mbt  = T / Tmb (mb)

Área sometida a la perforación por período (metros cuadrados):

Asp = T / Tap (m²)

Para calcular el rendimiento de un equipo de perforación tendremos que determinar:

DFp  =       Disponibilidad física del equipo de perforación (%).

UTp  =       Utilización del equipo de perforación (%).

FOp  =       Factor operacional del equipo de perforación (%).

FR    =   Factor de Roca (%), que castiga la velocidad de perforación en función de la dificultad operacional                        que impone la roca.

TDp  =       Turnos a trabajar por día en perforación (turnos/día).

HTp  =       Horas trabajadas por turno en perforación (horas).

VP    =        Velocidad de perforación instantánea del equipo (mb/hora), determinada por catálogo.

Con estos datos se procede al cálculo del rendimiento del equipo de la siguiente manera:

Velocidad real de Perforación:

VPr = VP x FR x DFp x UTp x FOp x 10^-8 (mb/hra)

Rendimiento por Turno:

MbT = VPr x HTp (mb/turno)

Rendimiento por Día:

MbD = MbT x TDp (mb/día)

Definiendo los días a trabajar por período en perforación como DPp, se tiene que el número de equipos requeridos para cumplir con la producción es:

Nº Equipos = Mbt / (MbD x DPp)

Resultado con el cual se realizará un análisis criterioso que permita definir un número entero de equipos para la operación (lo que incluye a los equipos de reserva). Dependiendo del equipo a utilizar tendrá que realizarse el dimensionamiento de equipos auxiliares de perforaciónnecesarios (compresores, remolcadores, grupos electrógenos, etc.).