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Equipos de perforación KLEMM: Innovaciones y una mirada al futuro

Martin D. Bonzel y Carl B. Hagemeyer - KLEMM Bohrtechnik GmbH15/02/2024

Martin Bonzel, director de Ventas, y el Dr. Carl Hagemeyer, director gerente de KLEMM Bohrtechnik ofrecen en este artículo una visión de las innovaciones actuales y de los futuros desarrollos que bien podrían ser el estándar de la industria del mañana.

Perspectivas de las nuevas tecnologías. Zero-Emissions

Un área de gran interés es la electrificación de los equipos de perforación. “Cada vez recibimos más solicitudes de máquinas eléctricas con el objetivo de reducir la huella de carbono en la obra”, afirma Carl Hagemeyer.

Los equipos de perforación con motores eléctricos asíncronos conectados directamente a la red eléctrica forman parte del sector de la construcción desde hace muchos años. El reto de la ingeniería consiste ahora en explorar las distintas vías para alimentar mejor las máquinas del futuro.

La primera incursión de KLEMM en este tipo de tecnologías se presentó en octubre de 2022 en la feria Bauma de Múnich.

A la izquierda, equipo diesel-hidráulico KR 806-3GS. A la derecha, equipo electro-hidráulico KR 806-3E
A la izquierda, equipo diesel-hidráulico KR 806-3GS. A la derecha, equipo electro-hidráulico KR 806-3E.

“En nuestro camino hacia las emisiones cero hemos desarrollado un tren de potencia híbrido con una conexión enchufable de 125 A (86 kW) que funciona conjuntamente con una mochila de baterías (140 kWh). Como sabemos que el consumo medio de energía de un equipo de perforación de anclajes es de aproximadamente el 25-35% de la potencia instalada y teniendo en cuenta el consumo de energía del equipo de perforación diésel-hidráulico con 175 kW, hemos podido desarrollar este sistema híbrido en consecuencia, ”, afirma Carl Hagemeyer.

Las baterías actúan como reserva para alimentar los picos de potencia cuando se superan los 86 kW de la red. Una vez que la demanda de energía cae por debajo del umbral de 86 kW (por ejemplo, al ralentí o al cambiar de tubería), el exceso de energía se utiliza para recargar la batería. Esto se consigue con la ayuda de nuestro software interno de gestión de la energía, que permite que la máquina se recargue mientras funciona, sin tiempos de parada.

Una ventaja adicional del sistema híbrido es la capacidad de “funcionamiento sin conexión a la red eléctrica”, que puede ser necesaria en situaciones en las que se requiere el funcionamiento del equipo de perforación sin la disponibilidad de la red eléctrica. Por ejemplo, cuando se carga o descarga el equipo de perforación en las calles del centro de la ciudad o en lugares remotos donde el punto de acceso de las máquinas a la obra y la zona de perforación propiamente dicha, se encuentran a cierta distancia. Entonces es posible conducir la máquina sin conexión a la red eléctrica.

Un concepto de potencia para aplicaciones especiales de alta potencia es un sistema de enchufe de 2 x 125 A sin mochila de baterías, que proporciona 2 x 86 kW (= 172 kW). Así, se proporciona la máxima potencia de forma constante. Este sistema puede utilizarse eficazmente en obras cuando se conecta directamente a la red eléctrica. Para fines de carga y descarga, la máquina puede alimentarse mediante una toma de corriente de 32 A o superior de fácil acceso.

El primer despliegue de una máquina híbrida KLEMM KR 806-3E se realizó a principios del verano de 2023 en una gran obra de micropilotes en los Países Bajos. “Por supuesto, nuestros ingenieros supervisarán el progreso y aplicarán los conocimientos adquiridos sobre el terreno”, afirma Carl Hagemeyer.

Aunque todavía queda algo de ingeniería e innovación por delante para que este equipo de perforación Zero-Emissions se convierta en un equipo de perforación estándar en las obras de todo el mundo, el progreso realizado aquí es muy tangible.

KLEMM Bohrtechnik espera poder informar sobre nuevos avances en estos nuevos y apasionantes campos a medida que pase el tiempo y terminará diciendo que, tanto para los elementos estándar de las máquinas como para los nuevos conceptos de accionamiento, la innovación nunca se detiene.

Nuevas mordazas de sujeción y aflojado

La tarea de mejorar una pieza estandarizada de una máquina, como unas mordazas de sujeción y aflojado, ha sido uno de esos proyectos internos llevados a cabo en el último año y medio.

Las mordazas de sujeción y aflojado, que es uno de los elementos de la máquina sometidos a mayor esfuerzo en el equipo de perforación, realiza numerosas tareas en la operación de perforación. Estas tareas exigen una comprensión de cada función individual y de cómo pueden afectarse mutuamente. El objetivo es optimizar el procedimiento de trabajo y la vida útil de estos resistentes elementos de la máquina.

Mordaza de sujeción y aflojado de 17&quote; de nuevo desarrollo
Mordaza de sujeción y aflojado de 17" de nuevo desarrollo.
A la izquierda, mordaza de sujeción Tipo 17”. A la derecha, mordaza de aflojado Tipo 17&quote;
A la izquierda, mordaza de sujeción Tipo 17”. A la derecha, mordaza de aflojado Tipo 17".

Cilindros reposicionados

Los cilindros de sujeción (posición 1) que se encuentran tanto en la mordaza de sujeción como en la de aflojado se han girado 180° para reposicionar los vástagos del pistón y las juntas de limpieza fuera de la línea directa de las proyecciones de perforación. “Esto reduce la posibilidad de que las proyecciones de detritus y polvo resultante de la perforación dañen las juntas impidiendo que penetren y contaminen el sistema hidráulico”, explica Martin Bonzel.

Cilindro de sujeción invertido (Posición 1)
Cilindro de sujeción invertido (Posición 1).

Una ventaja adicional es que, al perforar a mayor profundidad, la transferencia de la fuerza de peso de la barra de perforación a las mordazas de sujeción ya no se realiza únicamente mediante los vástagos del pistón. El cuerpo exterior del cilindro, mucho más grande y diseñado con raíles para encajar exactamente en la estructura de la mordaza, permite que las fuerzas sean soportadas no sólo por el propio cuerpo del cilindro, sino también por toda la estructura de sujeción y aflojado. Este sencillo pero eficaz cambio de diseño reducirá sustancialmente el número de vástagos de cilindro y juntas dañados.

Mordazas de sujeción mejoradas

Las mordazas fijas (posición 2) están diseñadas para sujetar un diámetro específico cuando el contratista utiliza predominantemente el mismo tamaño de utillaje en cada obra.

Mordazas fijas (posición 2)
Mordazas fijas (posición 2).

El último desarrollo es una mordaza móvil (véanse las posiciones 3) que se ajusta al diámetro real del utillaje utilizado. Es la mordaza de sujeción ideal cuando se utiliza habitualmente una amplia gama de diámetros diferentes.

Mordaza móvil (posición 3)
Mordaza móvil (posición 3).

Pastillas de mandíbula fabricadas en acero carbonatado de alta aleación

Nuevo diseño de pastillas de mordaza (posición 4) fabricadas con acero carbonatado de alta aleación que aumentará la vida útil de las pastillas y ofrecerá más agarre a la herramienta de perforación. Este agarre adicional permite reducir la presión de apriete, lo que posteriormente disminuirá cualquier deformación en los adaptadores roscados de las herramientas de perforación.

Insertos de mordaza (posición 4) de acero carbonatado de alta aleación
Insertos de mordaza (posición 4) de acero carbonatado de alta aleación.

Guías de desgaste de plástico reemplazables

La integración de guías reemplazables de plástico de alta resistencia al desgaste (posición 5) en superficies con movimiento reducirá la necesidad de costosos trabajos de mantenimiento posteriores, ya que las piezas metálicas de la máquina ya no entran en contacto entre sí.

Guías de plástico reemplazables (posicion 5)
Guías de plástico reemplazables (posicion 5).

Mordaza de cara abierta

La zona de apertura de la mordaza (posición 6). En el pasado, la necesidad de mordazas más largas para sujetar las barrenas continuas a lo largo de sus tramos ha reducido el diámetro máximo posible de las barrenas. Este problema se ha abordado mediante la apertura de la zona alrededor de las mandíbulas, es decir, una mordaza de 14“antes podía usar una barrena de diámetro de sólo 8 1/2”.

La nueva apertura de la zona de paso en la carcasa ha permitido ampliar este diámetro a 13".

Zona frontal abierta para permitir sinfines más grandes (posición 6)
Zona frontal abierta para permitir sinfines más grandes (posición 6).

Unidad independiente

“Al replantearnos las mordazas de sujeción y aflojado, decidimos diseñarlas como dispositivos independientes”, explica Martin Bonzel. “Esto significaba integrar todas las válvulas hidráulicas necesarias en la propia unidad y garantizar que la altura central del eje de la sarta de perforación con respecto a la altura del eje central de las cabezas de rotación y los martillos de rotopercusión sigue siendo la misma. Esto permite intercambiar fácilmente las unidades completas”.

En la práctica, esto significa que al pasar, por ejemplo, de una obra de anclajes a una de micropilotes, con la necesidad de cambiar la mordaza de sujeción y aflojado de un diámetro de 10“a uno de 14”, o incluso de 17", las unidades pueden considerarse intercambiables. Esta idea no sólo se ha implementado en un modelo de máquina concreto, sino que, siempre que ha sido posible, se ha aplicado a toda la gama de modelos de máquinas, lo que lo convierte en un sistema verdaderamente modular.

Las nuevas mordazas de sujeción y aflojado descritas se han probado con éxito en Europa y se comercializan como producto estándar en la actualidad. Actualmente se está llevando a cabo un escalado de tamaño a diámetros adicionales mayores y menores.

Estos ejemplos demuestran que los elementos aparentemente estandarizados de una máquina tienen un gran potencial de mejora, y que es mucho lo que se puede conseguir adaptándolos a los requisitos siempre cambiantes de las modernas obras y operaciones de perforación.

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