Compressor de ar para mineração a céu aberto

A perfuratriz não decide o compressor — o martelo decide

Duas perfuratrizes com o mesmo diâmetro de furo podem precisar de ar diferente se operarem martelos diferentes. Sempre comece pelo martelo e pela broca que você pretende usar.

O martelo é o único componente que define o piso de pressão. Seu furo, massa do pistão e portas decidem quanto ar ele consome por golpe, e o diâmetro do furo só decide quanto desse ar sobra para transportar os detritos para fora. Um martelo de 4 polegadas em uma broca de 115 mm e um martelo de 5 polegadas em uma broca de 130 mm são ambos "classe 110–150 mm" no papel, mas a segunda ferramenta pode exigir quase o dobro do volume na mesma pressão.

Dimensionar de trás para frente — comprar o compressor que o revendedor tinha em estoque e depois escolher um martelo que ele consiga alimentar — é a forma mais comum de um projeto de lavra a céu aberto acabar com penetração ruim e vida curta da broca.

Demanda de ar em lavra a céu aberto

Perfuratrizes DTH para desmonte de bancada normalmente operam com pressão de trabalho de 10–25 bar e consomem de cerca de 10 a 40 m³/min dependendo do tamanho do furo. Use o valor para o maior martelo que você espera operar, mais margem.

Pressão e volume fazem trabalhos diferentes, e nenhum substitui o outro:

• A pressão aciona o pistão. Abaixo do mínimo nominal do martelo, a ferramenta perde energia de golpe, e a taxa de penetração cai mais rápido do que o manômetro sugere.
• O volume limpa o furo. Os detritos devem ser elevados pelo espaço anular a uma velocidade suficiente para limpar a face da broca. Se faltar ar no espaço anular, a broca remói os próprios detritos, o que é a forma mais rápida de destruir uma broca de botões.
• Os dois valores são citados juntos (por exemplo 7,0–19,0 m³/min a 10–25 bar) porque o consumo aumenta com a pressão de trabalho. Sempre compare martelos e compressores na mesma pressão, nunca no melhor ponto de cada um.

A entrega de ar livre (FAD) na placa de identificação de um compressor é medida na descarga, tipicamente conforme a ISO 1217. O número que chega ao martelo é menor: comprimento de mangueira, conexões, um filtro obstruído e a altitude todos cobram sua parte. Em um layout de bancada de 30–50 m com um conjunto de mangueiras bem usado, planeje uma perda real em vez de confiar na placa de identificação.

Perfuratrizes a céu aberto e sua demanda de ar

Linha de compressores

O que a tabela de perfuratrizes realmente informa

Leia as duas tabelas em conjunto e a frota se divide em três grupos, cada um com uma estratégia de ar diferente.

Perfuratrizes que carregam o próprio ar. As famílias integradas KT e ZT são autossuficientes: o compressor é incorporado ao carreador e dimensionado pela fábrica para a faixa de furos daquela perfuratriz. Os valores publicados são KT5C a 12 m³/min e 15 bar, KT5H a 13 m³/min e 18 bar, KT11 e ZT11 a 18 m³/min e 20–22 bar, KT12 e KT9D a 20 m³/min e 22 bar, KT15C a 22 m³/min e 24 bar, KT25 a 31 m³/min e 25 bar, e KT30 a 36 m³/min e 35 bar. Não há compressor separado para comprar nem mangueira para arrastar pela bancada; a contrapartida é que o ar disponível é o ar com que o carreador foi construído.

Perfuratrizes hidráulicas que não precisam de ar comprimido para perfurar. A KL511 perfura 64–127 mm até 25 m com um martelo hidráulico (classe HC150/HC160) e sua própria unidade de parafuso de 9,7 m³/min a 10 bar para limpeza e controle de poeira. Não reserve ar de classe DTH para ela.

Perfuratrizes DTH em compressor externo. Os modelos KG, KZ e alguns KT são construídos para serem alimentados externamente, e sua demanda de ar publicada é o ponto de partida: KG430 13,0–20,0 m³/min, KG420B 10,0–17,0 m³/min, KG520 15,0–22,0 m³/min. Essas faixas já consideram o martelo, portanto o compressor é escolhido com base no valor superior, não no inferior. Para uma comparação mais ampla do que cada classe de superfície perfura, consulte How to Choose a DTH Drilling Rig e How to Choose a DTH Rig for 110–150 mm Blast Holes.

Compatibilizar um martelo com um fornecimento de ar

Os dados publicados do martelo são a forma mais limpa de dimensionar o ar, porque o intervalo de consumo do martelo e o seu intervalo de pressão são apresentados em conjunto. Da gama atual de martelos Kaishan:

Duas conclusões decorrem diretamente dessa tabela.

Primeiro, uma ferramenta de 4 polegadas não tem uma única necessidade de ar. O K3 atinge o mínimo de 4.8 m³/min no seu ponto de baixa pressão e sobe para 12.6 m³/min quando levado a 2.4 MPa. Dimensione pelo valor mais baixo e opere o martelo a alta pressão, e ficará sem ar durante a maior parte do turno.

Segundo, as máquinas de furo grande querem pressão tanto quanto volume. O K80 é uma ferramenta de 17–35 bar; um compressor de 25 bar irá operá-lo, mas não no topo do seu intervalo. Para furos de produção de 195–254 mm onde o K8 ou o K80 é a ferramenta pretendida, as máquinas de alta pressão da série de alta pressão LGCY são a classe a comparar, enquanto os martelos de 4 e 5 polegadas são bem servidos por unidades de média pressão como o LGCY-21/21-23/18 ou o KSCY-550/13. A escolha do martelo tem a sua própria lógica — design do pistão, válvula de pé versus sem válvula, haste da broca e rosca — abordada em Seleção de Martelo DTH e Seleção de Broca DTH; o que importa aqui é que a decisão do martelo vem primeiro e o compressor segue-a.

Códigos de modelo, unidades e queda de pressão

O código do modelo contém os dois números de que precisa, e vale a pena convertê-los antes de comparar. KSCY-550/13 é 550 cfm a 13 bar, publicado como 15.0 m³/min a 13.0 bar; um m³/min é cerca de 35.3 cfm, pelo que uma máquina de 600 cfm e uma máquina de 17 m³/min são a mesma máquina. KSCY-400/14.5K é 400 cfm a 14.5 bar, publicado como 11.3 m³/min. Os modelos LGCY de dupla classificação apresentam dois pontos de funcionamento numa só máquina — LGCY-19/21-21/18 fornece 21 m³/min a 18 bar ou 19 m³/min a 21 bar, e LGCY-23/23-25/18 e LGCY-25/23-27/18K seguem o mesmo padrão — por isso leia sempre o caudal na faixa de pressão em que o seu martelo vai operar.

O ar que sai do compressor a 20 bar não chega ao martelo a 20 bar. As perdas vêm do comprimento e do diâmetro interior da mangueira, das ligações e dos engates rápidos, e do conjunto de separação e filtragem à medida que vai saturando. Mantenha o compressor o mais próximo possível do equipamento de perfuração, tanto quanto o padrão de desmonte o permita, faça corresponder o diâmetro interior da mangueira ao caudal e verifique se há restrições antes de culpar o martelo: um elemento filtrante saturado, uma válvula parcialmente fechada ou um engate com fuga parecem todos um martelo fraco visto da cabina. O custo de perfuração é dominado pelos metros por hora e pelo tempo de paragem, e não pelo preço de compra do compressor; esses blocos estão apresentados em What Drives Your Drilling Cost per Metre.

Locais de grande altitude e remotos

Em altitude, a entrega de ar livre deve ser aumentada para o mesmo martelo. Para locais remotos, escolha uma unidade com forte cobertura de assistência local e um motor económico em combustível — o compressor funciona todo o dia.

O mecanismo é a densidade do ar. Um elemento parafuso desloca um volume fixo por rotação; a 3.000 m, a massa de ar nesse volume é cerca de 30 por cento inferior à do nível do mar, e o martelo responde ao caudal mássico, não ao número no manómetro. Uma regra prática de planeamento é adicionar cerca de 15 por cento de capacidade por cada 1.500 m de altitude acima do nível do mar, e depois verificar a própria classificação de altitude da máquina em vez de assumir que é desvalorizada da mesma forma. Locais acima de 2.500 m são um caso de seleção separado — a máquina necessita frequentemente de um deslocamento maior para o mesmo rendimento nominal, e o motor diesel perde potência por si próprio. A página perfuração em grande altitude aborda isso; perfuração em áreas remotas aborda o lado logístico.

Locais remotos acrescentam três custos que são fáceis de ignorar ao comparar modelos de compressor: combustível, porque o compressor funciona durante todo o turno, quer a sonda esteja a perfurar ou não; alcance da assistência, porque uma máquina sem peças locais e sem técnico formado torna-se um peso de papel na primeira vez que um elemento compressor ou um elemento separador falha; e consumíveis, porque os elementos separadores, os filtros de óleo e o óleo são consumidos pelas horas de funcionamento.

Etapas de seleção

• Defina o programa de furação: maior diâmetro, maior martelo que pretende utilizar, profundidade da bancada e a faixa de pressão na qual vai operar esse martelo. Anote os números antes de falar com qualquer fornecedor.
• Leia o consumo do martelo nessa pressão — não na pressão mais baixa da sua faixa — e acrescente a margem de que o espaço anular e o percurso da mangueira necessitam.
• Decida se o equipamento transporta o seu próprio ar. Se a resposta for um transportador integrado KT/ZT, o valor de fábrica é o seu fornecimento de ar e a questão passa a ser o intervalo de furação, não o tamanho do compressor. Se o equipamento for da classe KG, KZ ou de alimentação externa, continue.
• Converta todos os compressores candidatos para as mesmas unidades e o mesmo ponto de pressão. Compare apenas o caudal à pressão que o seu martelo vai realmente ver.
• Desconte da placa de identificação a altitude, o comprimento da mangueira e o estado do filtro. Se o valor descontado ficar abaixo da demanda do martelo, suba um tamanho ou adicione uma segunda unidade.
• Verifique o envelope operacional: consumo de combustível, intervalo de manutenção, peso rodoviário e de transporte, se a unidade pode ser deslocada com a frente de trabalho à medida que o plano avança — e decida sobre a redundância, porque um único compressor alimentando um único equipamento transforma uma parada para manutenção numa parada de produção.

Erros comuns

• Dimensionar pelo diâmetro do furo em vez de pelo martelo. Dois equipamentos perfurando o mesmo diâmetro com martelos diferentes não compartilham a mesma demanda de ar.
• Usar o limite inferior da faixa de consumo do martelo. A faixa publicada abrange sua faixa de pressão; use o valor que corresponde à sua pressão de trabalho.
• Ignorar a altitude até o equipamento estar no local. A redução de desempenho é previsível e barata de planejar, e cara de descobrir.
• Usar um compressor superdimensionado para alimentar dois equipamentos "por eficiência". Qualidade do ar, extensões de mangueira e um ponto único de falha compartilhado geralmente custam mais do que a segunda máquina.

Lista de verificação

• Maior diâmetro de furo e martelo. 2) Consumo de ar do martelo e pressão de trabalho. 3) Altitude do local. 4) Número de equipamentos a alimentar. 5) Disponibilidade de combustível e assistência técnica. 6) Se um segundo compressor é necessário como reserva.

Conclusão

O fornecimento de ar em mineração a céu aberto é uma corrente: martelo, depois demanda de ar, depois compressor, depois mangueira. Cada elo tem números publicados, e cada elo pode ser verificado antes de qualquer pedido. Faça os cálculos com o maior martelo que pretende operar, inclua a altitude e a extensão da mangueira no valor final, e decida desde cedo se a classe do equipamento carrega seu próprio ar. Para bancadas de pedreira e agregados em vez de mineração de metais, a mesma lógica se aplica com um ciclo de trabalho diferente — consulte perfuração em pedreira e a comparação a céu aberto em perfuração subterrânea vs superficial.