Perfuratriz pneumática: seus componentes e como funciona

As perfuratrizes são equipamentos que servem para perfurar, principalmente, as rochas em etapas das operações minerárias. Esse equipamento é operado por um profissional especializado e treinado, com conhecimento técnico para essa operação. Esse profissional é o responsável pela operação das perfuratrizes.

Sendo assim, as perfuratrizes são equipamentos de fonte de energia mecânica montados sobre uma estrutura, aos quais o operador consegue controlar os parâmetros da perfuração. Desta maneira, as perfuratrizes possuem vários tipos de atuadores em seus martelos, mas será dado foco, aqui, apenas nas perfuratrizes pneumáticas.

APLICAÇÕES DA PERFURAÇÃO

Os tipos de trabalho em obras de superfície e subterrâneas, podem ser classificadas nos seguintes exemplos: perfuração de banco, perfuração de produção, perfuração de chaminés (raises), perfuração de poços (shafts), perfuração de rochas com capeamento e reforço das rochas.

COMPOSIÇÃO DA PERFURATRIZ PNEUMÁTICA

Segundo o livro Manual de perforacion y voladura de rocas (1994), a sua composição juntamente com o acionado por ar comprimido consta de:

• um cilindro fechado com uma tampa dianteira que dispõe de uma abertura axial onde é fixado o punho e as hastes de perfuração;

• um pistão que com o seu movimento alternativo golpeia o punho de perfuração, o qual transmite a onda de choque à haste;

• uma válvula que regula a passagem de ar comprimido em volume fixado e de forma alternada para a parte anterior e posterior do pistão;

• um mecanismo de rotação para girar a haste de perfuração;

• um sistema de limpeza do furo que permite a passagem de ar pelo interior da haste de perfuração e retirada dos detritos da rocha entre as paredes do furo e a parte externa da haste.

A profundidade máxima alcançada por este sistema não supera os 30 metros, devido as perdas de energia na transmissão das ondas de choque do martelo para a coroa. A cada haste adicionada na coluna de perfuração maior é a perda de energia devido a reflexão da energia nas conexões e luvas de perfuração.

O campo de aplicação das perfuratrizes pneumáticas de martelo de superfície está se reduzindo cada vez mais, devido à baixa capacidade de perfuração em rochas duras, à profundidade (em torno de 15 m), ao diâmetro de perfuração (de 50 a 100 mm) e ao alto consumo de ar comprimido, aproximadamente, 2,4 m³/min por cada cm de diâmetro, além de apresentar alto desgaste das ferramentas de perfuração: hastes, punhos, coroas, mangueiras etc., em função da frequência de impacto e na forma de transmissão da onda de choque do pistão de grande diâmetro.

COMPONENTES

ROTAÇÃO/ CORTE

Este método é usado principalmente em rochas brandas com resistência à compressão de até 1500 bar. A perfuração por rotação necessita de uma forte capacidade de empuxo na broca e um mecanismo superior de rotação. A pressão aplicada e o torque rompem e moem a rocha. Neste método a energia é transmitida ao cortador pelo tubo de perfuração, que gira e pressiona o mesmo sobre a rocha. A área de corte da ferramenta exerce pressão sobre a rocha e as lascas são arrancadas.

A relação entre a pressão necessária e a faixa de rotação, determina a velocidade e a eficiência da perfuração:

a) a rocha branda requer menor pressão e rotação mais rápida;

b) a rocha dura necessita de alta pressão e rotação mais lenta.

A velocidade de rotação é de 120 rev/min para um furo de 110 mm e 300 rev/min para furos de 60 mm de diâmetro.

FONTES DE ENERGIA

As fontes primárias de energia podem ser: motores diesel ou motores elétricos. Nas perfuratrizes com um diâmetro de perfuração acima de 230 mm é generalizado o emprego de energia elétrica a média tensão, alimentando a perfuratriz com corrente alternada com cabos elétricos revestidos.

Porém, se a lavra é seletiva e há grande necessidade de deslocamento do equipamento de perfuração, pode-se adotar máquinas a motor diesel. As perfuratrizes médias e pequenas, que são montadas sobre caminhões, podem ser acionadas por motores a diesel.

Uma divisão média da potência instalada nestas unidades para os diferentes mecanismos é a seguinte:

• Movimento de elevação e translação: 18%

• Rotação: 18%

• Avanço: 3%

• Nivelamento: 2%

• Limpeza dos detritos com ar comprimido: 53%

• Equipamentos auxiliares: 3 %

• Outros: 3%.

É possível notar que a distribuição de energia, acima, a grande importância do ar e da potência de rotação para o método rotativo. Os equipamentos elétricos têm um custo de 10 a 15% mais baixos que os de acionamento a diesel.

Estes últimos são selecionados quando a região da explotação não dispõe de adequada infraestrutura de suprimento de energia elétrica ou quando a máquina é montada sobre caminhão.

SISTEMA DE AVANÇO E ELEVAÇÃO

Para se obter uma boa velocidade de penetração na rocha, a perfuratriz pneumática precisa ser aplicada com uma determina força de avanço, que depende, tanto da resistência da rocha, como do diâmetro que se pretende utilizar. Como o peso da coluna de perfuração (hastes, estabilizador e broca) não é suficiente para se obter a carga necessária, é preciso aplicar forças adicionais.

Existem quatro sistemas de avanço e elevação, que são:

• cremalheira e pinhão direto;

• corrente direta;

• cremalheira e pinhão com corrente.

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