Apostila Perfuratriz

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 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ P R Ministério da Educação Universidade Tecnológica Federal do Paraná Campus Curitiba Departamento Acadêmico de Construção Civil - DACOC  Apostila de Perfuratrizes  Apostila preparada pelos alunos do Curso de Engenh ari a de Produção Civil da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, como parte da aula prática da disciplina de Máquinas e Equip amen tos, ministrada pelo Professor Adalberto Matoski. Curitiba 2009 1

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

PRMinistério da EducaçãoUniversidade Tecnológica Federal do ParanáCampus CuritibaDepartamento Acadêmico de Construção Civil - DACOC

 

Apostila de Perfuratrizes

 Apostila preparada pelos alunosdo Curso de Engenharia deProdução Civil da UniversidadeTecnológica Federal do Paraná,como parte da aula prática dadisciplina de Máquinas eEquipamentos, ministrada peloProfessor Adalberto Matoski.

Curitiba2009

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SUMÁRIO

1. Introdução ..........................................................................................................................32. Objetivos ............................................................................................................................33. Classificação ......................................................................................................................3

3.1 Perfuratrizes Percussivas .............................................................................................33.1.1 Sistema de percussão ................................................................................................4

3.1.2 Processo de rotação .............................................................................................53.1.3 Dinâmica do sistema de percussão .......................................................................63.1.4 Componentes .......................................................................................................6

Figura 8 – Componentes de uma perfuratriz percussiva ...................................................73.1.5 Sistema de limpeza ...............................................................................................7

3.2 Perfuratrizes rotativas ..................................................................................................73.3 Perfuratrizes percussivo-rotativas ...............................................................................7

3.4 Perfuratrizes furo-abaixo .............................................................................................83.4.1 Vantagens e Desvantagens das Perfuratrizes furo-abaixo ...................................84. Avanços ..............................................................................................................................9

4.1 Avanço pneumático .....................................................................................................94.2 Avanço de corrente ....................................................................................................104.3 Avanço de parafuso ...................................................................................................11

5. Locomoção de perfuratrizes .............................................................................................11Utilização de perfuratrizes manuais ................................................................................11

6. Tipos de associações de avanço e locomoção .................................................................126.1 Bencher ......................................................................................................................126.2 Wagon-drill ................................................................................................................12

6.3 Perfuratrizes sobre trator ou Crawler Drill ................................................................136.3.1 Perfuratriz de furo-abaixo sobre trator ...............................................................13

7. Lubrificação das perfuratrizes .........................................................................................147.1 Lubrificador de linha .................................................................................................147.2 Características do lubrificante ...................................................................................15

8. Manutenção de perfuratrizes ............................................................................................158.1 Verificação da bucha de rotação ................................................................................158.2 Verificação do pistão .................................................................................................158.3 Verificação da Porca ..................................................................................................16

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Equipamentos de perfuração

1. Introdução

Um núcleo de rocha pode ser considerado como uma amostra obtida in situ por uma

 perfuratriz.

Figura 1 – Perfuratriz em ação

2. Objetivos

• Amostras geológicas• Determinação das propriedades físicas

• Determinação das propriedades químicas• Identificação mineralógica• Escavação (explosivos)

3. Classificação

3.1 Perfuratrizes Percussivas

• São aquelas que reproduzem o trabalho manual de perfuração em rocha. – Apesar da percussão, ela produz um giro da broca imediatamente após

cada golpe. – Seu acionamento é feito por ar comprimido. No entanto existem as

acionadas a gasolina, diesel, etc.

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Figura 2 – Exemplo de perfuratriz percurssiva

3.1.1 Sistema de percussão

As perfuratrizes percussivas transmitem à broca a percussão e, no intervalo entre 2 percussões sucessivas, há uma rotação de pequeno arco de círculo. Simultaneamenteocorre a introdução de ar ou água de limpeza.

Figura 3 – Partes de uma perfuratriz de percussão• O sistema de percussão consta essencialmente de duas partes, ou seja, de um

cilindro em cujo interior se desloca o pistão. Este é em geral formado por uma peça única, com dois diâmetros, sendo a parte de diâmetro maior o pistão propriamente dito e a de diâmetro menor o pescoço ou guia do pistão com a facede impacto.

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Figura 4 – Sistema de Percussão

• A alternância dos movimentos é conseguida por meio de uma válvula que dirige ofluxo de ar ora para uma, ora para outra face do pistão. Esta válvula é

movimentada pelo próprio ar comprimido.• Antigamente usava-se a válvula de bola, mas a mesma mostrou-se ineficiente.

Figura 5 – Detalhe da Válvula Oscilante

Figura 6 – Tipo de broca para percussão

3.1.2 Processo de rotação

• Sistema de rotação

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 – A cada golpe do pistão contra a broca, corresponde uma rotação de um pequeno arco de círculo de modo a proporcionar nova superfície de rocha para ser cortada pela extremidade inferior da broca.

Figura 7 – Sistema de Rotação

3.1.3 Dinâmica do sistema de percussão• A velocidade de penetração da broca é diretamente proporcional à quantidade de

rocha efetivamente demolida dentro do furo na unidade de tempo.• A quantidade de rocha demolida é proporcional à energia de percussão transmitida

à broca.

Velocidade de penetração

• B = k  3 Pm Vi D2

Onde:B = velocidade de penetração em cm/min;k 3 = constante;Pm = pressão na cabeça do pistão em kg/cm² ;Vi = velocidade de impacto do pistão em m/s ;D² = diâmetro da cabeça do pistão em cm .

• Pela equação identifica-se os principais fatores que influenciam na velocidade de penetração:

 – A pressão do ar comprimido, se aumentada, eleva a velocidade. Mas oimpacto do pistão também cresce.

 – Uma velocidade muito elevada pode danificar o equipamento.

• A velocidade de impacto também influi. No entanto deve-se verificar se o açosuporta as tensões.• O diâmetro da cabeça do pistão influi ou seja: perfuratrizes mais rápidas tem

dimensões (tamanho e peso maiores).• Obs: Em geral nº de percussões está entre 2000 a 3000 por minuto.

3.1.4 Componentes

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Figura 8 – Componentes de uma perfuratriz percussiva

3.1.5 Sistema de limpeza

• Os residuos de rocha devem ser removidos do furo;• O sistema adotado na maioria consiste na introdução, no furo, de um fluido (que

 pode ser o próprio ar comprimido ou água) na extremidade da broca.

• O fluido é injetado através de um orifício central;• Os resíduos são removidos pelo espaço existente entre a superfície externa dahaste da broca e a superfície do furo.

3.2 Perfuratrizes rotativas

• Transmitem à broca somente o movimento de rotação;• A demolição é feita por rotação que trabalha a pressão constante;• Destinam-se a furos de grandes profundidades como por exemplo:

 – Prospecções; poços artesianos; poços petrolíferos.

Figura 9 – Partes de uma perfuratriz rotativa

3.3 Perfuratrizes percussivo-rotativas

• Apresentam rotação contínua além das percussões sobre a broca.• Utilizadas para diâmetros maiores que a percussiva (38 a 125 mm);

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• A rotação da perfuratriz é reversível.

Figura 10 – Partes de uma perfuratriz percussivo-rotativa

3.4 Perfuratrizes furo-abaixo

• O esforço de percussão para a extremidade da broca é feito através de segmentosde aço unidos; Isso leva a uma perda de energia;

• Solução: perfuratrizes de furo abaixo onde o mecanismo de percussão fica naextremidade da broca, junto à coroa. Conhecido no Brasil como sistema DTH.

3.4.1 Vantagens e Desvantagens das Perfuratrizes furo-abaixo

• Vantagens – Não ocorre dissipação de energia; – Rendimento é maior para a mesma quantidade de ar comprimido;

• Desvantagens – A velocidade é menor; – A ruptura ou travamento do colar pode significar perda total da perfuratriz; – A vida util das pastilhas é menor;

 – Não trabalha bem em rocha muito fraturada ou na presença de água;

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Figura 11 – Funcionamento de uma perfuratriz furo-abaixo

4. Avanços

• O esforço sobre a perfuratriz aliado à percussão e rotação é que faz progredir ofuro;

• Pode ser aplicado fisicamente, pelo operador;• Pode utilizar sistemas de pressão;• Tipos de avanço

 – Pneumático – Corrente – Parafuso

4.1 Avanço pneumático

• Acionado por ar comprimido;• Tem como vantagens:

 – Economia de mão de obra; – Pressão mais uniforme economizando brocas;

 – Maior produtividade

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Figura 12 – Componentes do processo de avanço pneumático

4.2 Avanço de corrente

• O esforço é exercico por uma corrente ligado à perfuratriz.• Componentes

 – Estrutura de suporte – Placa deslizante – Motor  – Corrente – Roda dentada

Figura 13 – Componentes do processo de avanço de corrente

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• Largamente utilizado nos trabalhos de escavação a céu aberto.• Avanço robusto e facilmente reparável;• Pressão é constante de modo que quanto mais branda a rocha maior a velocidade

de perfuração;

4.3 Avanço de parafuso

• Esforço exercido mecanicamente por um longo parafuso que substitui a corrente;• Vantagens:

 – Maior rapidez na perfuração; – Perfuratriz menos vulnerável aos choques;

DesvantagensEstrutura de suporte frágil;Parafuso danificado requer substituição

5. Locomoção de perfuratrizes

• Locomoção manual – Perfuratrizes manuais

• Locomoção tracionada – Utiliza-se estrutura de suporte (chassis);

• Locomoção própria – Montagem da perfuratriz sobre unidade tratora;

Figura 14 - Perfuratriz: avanço e locomoção

Utilização de perfuratrizes manuais

 – Exploração de pedreiras de pequeno porte; – Cortes rodoviários de pequeno porte; – Fundações com pequena produção; – Desmonte de matacões; – Perfurações;

 – Acabamentos de cortes para drenagem; – Perfurações esporádicas.

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6. Tipos de associações de avanço e locomoção

6.1 Bencher 

 – É a associação e uma perfuratriz percussiva e um avanço pneumático.Adicionou-se um chassis e duas rodas para deslocar-se facilmente.

 – Apresenta a vantagem de reduzir a mão e obra uma vez que um operador  pode trabalhar com dois equipamentos.

 – Deve-se ancorar o equipamento antes de sua utilização.

Figura 15 – Exemplo de uma perfuratriz do tipo Bencher 

6.2 Wagon-drill 

 – Associação de uma perfuratriz com avanço de corrente e quatro rodas. – Melhora a velocidade; permite o emprego de perfuratrizes pesadas (45 a

170 kg); – Dotada de freios e estabilizadores para garantir sua imobilidade durante a

operação; – Trabalha com brocas de extensão permitindo atingir maiores

 profundidades.

Figura 16 – Exemplo de uma perfuratriz do tipo Wagon-drill

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6.3 Perfuratrizes sobre trator ou Crawler Drill 

 – Apresenta tração própria; – Possibilita perfurações em diversos ângulos; – Rapidez no deslocamente e preparo para novos furos; – Trabalha com perfuratrizes cujo peso varia entre 170 e 270 kg.

 – Pode trabalhar com perfuratrizes de furo abaixo.

Figura 17 – Exemplo de uma perfuratriz sobre trator 

6.3.1 Perfuratriz de furo-abaixo sobre trator 

• Mantém o avanço da perfuração uniforme;• Não consome ar comprimido em excesso;• As hastes tem vida útil longa por que transmitem apenas o movimento de rotação

à perfuratriz;• É mais silenciosa;• Permite perfurações profundas• Necessita de pressão >= 10,5 kg/cm²

• Tem limitação no uso de diâmetros muito diferentes;• Custos menores.

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Figura 18 – Exemplo de uma perfuratriz do tipo furo-abaixo sobre trator 

7. Lubrificação das perfuratrizes

• O ar comprimido ao percorrer as partes móveis da perfuratriz é utilizado paradefinir o sistema de lubrificação.

• Adicionando-se óleo ao ar comprimido, nos pontos de redução de velocidade oóleo adere às paredes efetivando-se a lubrificação.

7.1 Lubrificador de linha

• Dispositivo no qual o óleo é adicionado ao ar comprimido. É um pequenoreservatório atravessado pelo ar comprimido;

Figura 19 – Dispositivo de lubrificação internamente

Figura 20 – Foto de um dispositivo de lubrificação

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7.2 Características do lubrificante

• Resistência à água;• Viscosidade correta;• Uniformidade;

• Ponto de fulgor elevado;• Não-tóxico;

8. Manutenção de perfuratrizes

8.1 Verificação da bucha de rotação

Figura 21 – Bucha gasta ou bucha nova

8.2 Verificação do pistão

Figura 22 - Pistão com desgaste excessivo

Figura 23 - Pistão quebrado

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8.3 Verificação da Porca

Figura 24 - Porca do mandril

A figura 24 acima mostra a porca do mandril nova e mostra o desgaste após usointenso.

Referências bibliográficas

AZZOUZ, ALI – Drilling & Mudd Logging - Economical Studies Engineer – Sonatrach

 – USA 2008.

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