Excavadora de rueda de cangilones

Una excavadora de rueda de cangilones (BWE) es una máquina de gran tamaño y equipo pesado que se utiliza en la minería a cielo abierto.

Su función principal es la de una máquina excavadora continua en operaciones mineras a cielo abierto a gran escala, eliminando miles de toneladas de sobrecarga por día. Lo que los diferencia de otros equipos de minería a gran escala, como las excavadoras de cadena con cangilones, es el uso de una rueda grande que consiste en un patrón continuo de cangilones que recogen el material a medida que la rueda gira. Se encuentran entre los vehículos terrestres o marítimos más grandes jamás producidos. El Bagger 293 de 14.200 toneladas ostenta el récord mundial Guinness del vehículo terrestre más pesado jamás construido.

Historia

Las excavadoras de rueda de cangilones se han utilizado en la minería durante el siglo pasado, y algunas de las primeras se fabricaron en la década de 1920. Se utilizan junto con muchas otras piezas de maquinaria minera (cintas transportadoras, esparcidores, estaciones de trituración, sistemas de lixiviación en pilas, etc.) para mover y extraer cantidades masivas de sobrecarga (residuos). Si bien los conceptos generales que forman parte de un BWE no han cambiado mucho, su tamaño ha crecido drásticamente desde el final de la Segunda Guerra Mundial.

En la década de 1950, dos empresas mineras alemanas encargaron los primeros BWE extremadamente grandes del mundo y construyeron tres BWE para extraer lignito cerca de Colonia, Alemania. Los BWE alemanes tenían una rueda de más de 16 m (52 pies) de diámetro, pesaban 5.500 toneladas cortas (5.000 t) y tenían más de 180 m (600 pies) de largo, con dieciocho unidades de orugas para el movimiento y podían cortar una hilera de más de 180 m (600 pies) a la vez

Los BWE construidos desde la década de 1990, como el Bagger 293, han alcanzado tamaños de hasta 96 m (315 pies) de alto, 225 m (738 pies) de largo y hasta 14.200 t (31.300.000 lb). La rueda de cangilones en sí puede tener más de 21 m (70 pies) de diámetro con hasta 20 cangilones, cada uno de los cuales puede contener más de 15 m³ (20 yardas cúbicas) de material. Los BWE también han avanzado con respecto a las condiciones extremas en las que ahora son capaces de operar. Muchos BWE han sido diseñados para funcionar en climas con temperaturas tan bajas como -45 °C (-49 °F). Los desarrolladores ahora están centrando su atención en la automatización y el uso de energía eléctrica.

Estructura

Una excavadora de rueda de cangilones (BWE) consta de una superestructura a la que se fijan varios componentes más.

La rueda de cangilones que da nombre a las máquinas es una rueda grande y redonda con una configuración de palas que está fijada a una pluma y es capaz de girar. El material recogido por la rueda de corte se transfiere de regreso a lo largo del brazo. En las primeras ruedas de cangilones de tipo celular, el material se transfería a través de un conducto que salía de cada cangilón, mientras que los diseños más nuevos sin celdas y semicelulares utilizan un conducto estacionario a través del cual se descargan todos los cangilones.

Un brazo de descarga recibe el material a través de la superestructura desde el brazo de corte y lo transporta fuera de la máquina, frecuentemente a un sistema transportador externo.

Un brazo de contrapeso equilibra el brazo de corte y está en voladizo en la parte inferior de la superestructura (en el caso de BWE compactos) o en la parte superior (en el caso de BWE de tamaño mediano con bastidor en C). En los BWE más grandes, los tres brazos están sostenidos por cables que atraviesan torres en la parte superior de la superestructura.

Debajo de la superestructura se encuentran los sistemas de movimiento. En los modelos más antiguos, estos serían rieles por los que se desplazaría la máquina, pero los BWE más nuevos suelen estar equipados con orugas, lo que les otorga una mayor flexibilidad de movimiento.

Para permitirle completar sus funciones, la superestructura de un BWE es capaz de girar alrededor de un eje vertical (giro). El brazo de corte se puede inclinar hacia arriba y hacia abajo (levantar). Las velocidades de estas operaciones son del orden de 30 m/min y 5 m/min, respectivamente. El giro se realiza mediante engranajes grandes, mientras que la elevación generalmente utiliza un sistema de cables.

Tamaño

La escala de las BWE varía significativamente y depende de la aplicación prevista. Los BWE compactos diseñados por ThyssenKrupp pueden tener longitudes de pluma de tan solo seis metros (20 pies), pesar 50 toneladas y mover 100 m³ (3500 pies cúbicos) de tierra por hora. Sus modelos más grandes alcanzan longitudes de pluma de 80 m (260 pies), pesan 13.000 toneladas y se mueven 12.500 m³ (440.000 pies cúbicos) por hora. El BWE más grande jamás construido es el Bagger 293 de TAKRAF, que mide 93 metros de alto y 225 metros de largo, pesa 14.200 toneladas y es capaz de mover 240.000 m3 (8.500.000 pies cúbicos) de sobrecarga cada día. Se han registrado excavaciones de 380.000 m³ (13.000.000 pies cúbicos) por día. Los BWE utilizados en Estados Unidos tienden a ser más pequeños que los construidos en Alemania.

Operación

Los BWE se utilizan para la eliminación continua de sobrecarga en aplicaciones de minería a cielo abierto. Utilizan sus ruedas de corte para extraer una sección de tierra (el bloque de trabajo) según el tamaño de la excavadora. Mediante elevación, el bloque de trabajo puede incluir un área tanto por encima como por debajo del nivel de la máquina (el nivel del banco). Al girar, la excavadora puede alcanzar un rango horizontal.

La sobrecarga luego se entrega al brazo de descarga, que transfiere la tierra cortada a otra máquina para transferirla a un esparcidor. Puede ser un sistema transportador de cinta fijo o un transportador móvil con orugas similar a los que se encuentran en el BWE. Los transportadores móviles conectados permanentemente a la excavadora eliminan la carga de dirigir el material fuera del operador. La sobrecarga también se puede transferir directamente a un esparcidor de pozo transversal, que cruza el pozo y esparce la sobrecarga en el vertedero.

Automatización

La automatización de los BWE requiere la integración de muchos sensores y componentes eléctricos, como GPS, sistemas de adquisición de datos y capacidades de monitoreo en línea. El objetivo de estos sistemas es quitarles parte del trabajo a los operadores para lograr mayores velocidades de minería. Los gerentes y operadores de proyectos ahora pueden rastrear datos cruciales sobre los BWE y otras maquinarias en las operaciones mineras a través de Internet. Los sensores pueden detectar cuánto material se está depositando en la cinta transportadora y el sistema de automatización puede luego variar la velocidad de las cintas transportadoras para alimentar una cantidad continua de material.

Aplicaciones

Las excavadoras de rueda de cangilones y las excavadoras de cadena de cangilones realizan trabajos que antes se realizaban con palas de cuerda y dragalinas. Han sido reemplazadas en la mayoría de las aplicaciones por excavadoras hidráulicas, pero aún se siguen utilizando para operaciones a muy gran escala, donde pueden usarse para la transferencia de materiales sueltos o la excavación de sobrecargas blandas a semiduras.

Minería de lignito

La aplicación principal de los BWE es en la minería de lignito (lignito), donde se utilizan para la eliminación de sobrecarga de roca blanda en ausencia de voladuras. Son útiles en esta capacidad por su capacidad para entregar continuamente grandes volúmenes de materiales a los procesadores, lo cual es especialmente importante dada la demanda continua de lignito.

Debido a la gran demanda de lignito, la minería de lignito también ha sido una de las áreas de mayor desarrollo para las BWE. La incorporación de sistemas automatizados y una mayor maniobrabilidad, así como componentes diseñados para la aplicación específica, han aumentado la confiabilidad y eficiencia con la que los BWE entregan materiales.

Manipulación de materiales

La tecnología de rueda de cangilones se utiliza ampliamente en el manejo de materiales a granel. Los recuperadores de rueda de cangilones se utilizan para recoger material que ha sido colocado por un apilador para su transporte a una planta de procesamiento. Los apiladores/recuperadores, que combinan tareas para reducir el número de máquinas necesarias, también utilizan ruedas de cangilones para realizar sus tareas.

En los astilleros, las ruedas de cangilones se utilizan para la carga y descarga continua de barcos, donde recogen el material del astillero para transferirlo al sistema de entrega. Las cadenas de cangilones se pueden utilizar para descargar material de la bodega de un barco. El descargador continuo de barcos de TAKRAF es capaz de eliminar hasta el 95% del material de la bodega de un barco, gracias a un accesorio de excavación de configuración flexible.

Lixiviación en pilas

Una extensión de sus otros usos, los BWE se utilizan en procesos de lixiviación en pilas. La lixiviación en pilas implica la construcción de pilas de mineral triturado, a través de las cuales se pasa un solvente para extraer materiales valiosos. La construcción y remoción de los montones son una aplicación obvia de la tecnología de apilamiento y recuperación.

Fabricantes y mercado

Pocas empresas están dispuestas o son capaces de fabricar los enormes y costosos engranajes necesarios para los BWE. Unex, República Checa, todavía conserva las formas de fundición originales y todavía puede fabricar BWE. Sin embargo, estas máquinas fueron construidas para durar indefinidamente bajo un uso intensivo continuo y la minería a cielo abierto ahora es menos popular, por lo que hay poca demanda de máquinas nuevas. Los fabricantes de BWE y sistemas mineros similares ahora reciben algunos ingresos de proyectos de mantenimiento y renovación, pero también producen grandes piezas de acero para otros fines. El uso actual de excavadoras de rueda de cangilones se centra principalmente en el ámbito de la extracción de lignito (lignito) para la producción de electricidad, principalmente en Alemania y Europa del Este y Sudeste. Unex también ha construido un BWE para la extracción de diamantes del permafrost siberiano.