La presente invención trata de proporcionar a los usuarios de los explosivos industriales,

y en particular al sector dedicado a la ejecución de voladuras en banco (canteras, minas, obra pública, etc), una solución técnica útil, flexible y económica a la eliminación del agua en los barrenos, mediante el diseño de una bomba de desagüe de barrenos mediante ciclos alternativos de aspiración y expulsión basada en el principio del desplazamiento neumático.

La invención comprende una manguera principal (1), descrita como el cuerpo de la bomba, cerrada en su parte superior por una tapa (2), en la que se ubican dos orificios, el primero (4) para la entrada o salida de aire según nos encontremos el ciclo de expulsión o en el ciclo de aspiración, y el segundo (5) para que el agua que ascienda por la manguera interior (6) salga conducida al exterior por la manguera (10). La manguera principal (1) se encuentra cerrada en su parte inferior por un sistema anti-retorno (3), compuesto por una válvula anti-retorno (9), un filtro (8) y un protector (7), que permite la entrada de agua en la fase de aspiración y se cierra herméticamente en la fase de expulsión dejando, como única salida para el agua desplazada por el aire presurizado la ascensión por la manguera interior (6) al exterior.

El mecanismo de desagüe debe implementarse mediante un circuito neumático que proporciona aire a presión y vacío mediante válvulas de múltiples vías y posiciones que gobernadas convenientemente alternan las fases de aspiración y expulsión, dando sentido al sistema de desagüe de la invención.

Bomba de desagüe de barrenos mediante ciclos alternativos de aspiración y expulsión basada en el principio del desplazamiento neumático.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector técnico del proceso de ejecución de voladuras en banco o zanja, en canteras, minas u obra pública, donde es necesario realizar perforaciones cuasi-verticales (de 0° a 30° comúnmente). En tales huecos, denominados barrenos, es frecuente que se acumule agua por filtraciones internas, lluvia, etc.

El agua desde el punto de vista de la ejecución de voladuras es un serio problema en cuanto a la dificultad de carga de los explosivos en los barrenos, el rendimiento energético de los explosivos, la pérdida del rendimiento de la perforación realizada, el mayor coste que implica el uso de explosivos resistentes al agua, etc.

Objeto de la invención

La presente invención trata de proporcionar a los usuarios de los explosivos industriales, y en particular al sector dedicado a la ejecución de voladuras en banco (canteras, minas, obra pública, etc), una solución técnica útil, flexible y económica a la eliminación del agua en los barrenos, mediante el diseño de una bomba de extracción de agua mediante ciclos alternativos de aspiración y expulsión basada en el principio del desplazamiento neumático.

Estado de la técnica previa a la invención

Un primer sistema empleado de achique del agua de los barrenos es el denominado de tubos de escape, sistema que constaba simplemente de un tubo de escape rígido, con su extremo cortado en bisel, normalmente equipado con una válvula de cuarto de vuelta, rápida, conectada a una fuente de aire comprimido. Esta sencilla estructura aún puede verse en funcionamiento en algunos sitios, con una manguera de plástico de soporte semi-rígido que se usa normalmente en lugar de la tubería de acero. La ventaja principal del procedimiento del tubo de escape era que se podía aplicar casi universalmente en cualquier sitio en el que hubiera un compresor y una longitud de manguera. Sin embargo, esta técnica de achique sólo era eficaz a profundidades limitadas y para pequeños y medianos diámetros. Esta técnica tenía y tiene notables inconvenientes debido a que el chorro del agua, es lanzado a lo largo del barreno, provocando que las piedras sueltas se desplacen arrastradas por la presión del agua pudiendo impactar en los operarios y producir un atranque en el barreno. En general este proceso acelera la destrucción de las paredes del barreno y su eficacia es cuestionable porque una gran parte del agua extraída pude volver al interior de los barrenos por filtración desde la superficie. Este proceso provoca que el operador, y cualquiera que estuviera en las proximidades, sufra frecuentes duchas de agua sucia, pequeñas piedras, etc. Generalmente, este procedimiento es ineficaz cuando existe una cantidad significativa de sobrecarga, y es un procedimiento desagradable, inseguro y casi siempre realizado con desgana por el personal al que se pedía tal tarea.

Según evolucionaba el equipo de perforación y se volvía práctico para perforar barrenos más profundos y de mayor diámetro, y según se iba disponiendo de agentes explosivos de menor precio, se iba haciendo necesario crear formas más seguras y más eficaces de sacar agua.

Las primeras máquinas consistían en una bomba eléctrica sumergible equipada con mangueras de forma que se pudiera transportar de un agujero a otro. Las objeciones obvias de seguridad al uso de dispositivos eléctricos en el suelo próximo a las perforaciones cargadas, pronto condujo al desarrollo de bombas sumergibles accionadas hidráulicamente. Estas unidades han evolucionado en una familia entera de máquinas de bombeo sofisticadas, accionadas por una diversidad de fuentes, que pueden achicar agujeros con los mayores diámetros y profundidades actualmente perforados. Estas unidades se ofrecen con bombas de una sola fase o de múltiples fases, y con carretes accionados para la manguera. Las unidades normalmente son autónomas y se llevan en un vehículo dedicado a este uso específico. Pueden diseñarse para hacerse funcionar desde una posición próxima al carrete o desde la cabina del vehículo. La unidad de bombeo, que se introduce en el extremo de una manguera hasta el fondo del agujero, consta de un motor hidráulico que acciona una bomba impulsora. Esta unidad recoge el agua a través de un tamiz situado en el fondo de la unidad y la impulsa hasta la manguera y hacia fuera de la superficie. Los tubos hidráulicos que suministran energía a la bomba están localizados dentro de la manguera de descarga de la bomba.

Este equipo se ofrece por varias compañías en una diversidad de configuraciones. Las ventajas de estos sistemas son diversas; son unidades autónomas y, como tales, pueden achicar agua independientemente de otros equipos presentes en el sitio, pueden hacerse funcionar por una persona y están diseñadas para bombear grandes volúmenes desde agujeros profundos tanto de diámetro grande como de diámetro medio. Por el lado negativo, si se quedan atrapadas en un agujero derrumbado o estrecho, el usuario corre el riesgo de perder una unidad de bombeo relativamente cara, y estas unidades no bombearán fragmentos abrasivos indefinidamente sin dañar ciertas partes caras de la cabeza de la bomba. Este sistema presenta serias dificultades en diámetros de perforación de 3 y 3,5 pulgadas (76-89 mm), que son muy frecuentes en las voladuras de canteras y obra pública, debido al poco espacio para dimensionar los rodetes de la bomba sumergible.

Otro sistema empleado y que ya ha sido objeto de patente, usa al igual que la invención, el principio de desplazamiento neumático para desaguar los barrenos. Sin embargo, a diferencia de la invención, se usa el aire comprimido para expandir un manguito de caucho contra la pared interior del barreno. Después, el aire presurizado se introduce en la cámara que se forma por debajo del manguito de caucho expandido, desplazando el agua y forzándola a entrar en un tubo de descarga, hasta el centro del conjunto de manguito y hacia fuera de la superficie. Esta bomba tiene varias ventajas; ya que sólo tiene una parte móvil, el manguito de caucho reemplazable, su coste es bajo y el mantenimiento es mínimo; no se ve dañada o afectada por el bombeo de lodos o fragmentos abrasivos procedentes del agujero; se puede transportar y sólo necesita una cantidad limitada de aire para funcionar; y como inyecta aire en las mangueras limpias después de achicar cada agujero, no necesita anticongelante en climas fríos. Entre sus desventajas se encuentra el hecho de que requiere un agujero perforado razonablemente redondo para formar un buen cierre, y en suelos muy sueltos o fragmentados, puede perder presión a través de las grietas, lo que perjudica a su capacidad de bombeo. También necesita un manguito o cuerpo de bomba diferente para diferentes tamaños de agujeros. Otra desventaja respecto a la invención radica en que el perfil longitudinal del conjunto de la bomba que se introduce en el barreno no es constante ya que el cuerpo de bomba que alberga el manguito de caucho representa un ensanche que puede acarrear problemas de atranques.

Otro sistema es por medio de Bombas Ayudadas por Aire de Doble Diafragma; el sistema utiliza una bomba de doble diafragma, accionada por aire, modificada. En funcionamiento, se dirige una corriente de aire comprimido a través de un pequeño tubo localizado dentro de la manguera de entrada hasta una boquilla de venturi colocada cerca del punto de entrada de la manguera de succión. Esta inyección de aire permite extraer agua de agujeros con una profundidad mayor que el límite de succión normal de las bombas de doble diafragma. Entre sus ventajas se encuentra el hecho de que la unidad de bombeo primaria no desciende en el agujero. Esto elimina la posibilidad de perder la bomba si el agujero se derrumba. La bomba también aspirará lodos y fragmentos del agujero sin producir daños. Como extrae la línea de descarga casi seca, no se requiere tratamiento anticongelante. Sus limitaciones incluyen el hecho de que su volumen de bombeo se reduce con la profundidad del agujero, y requiere un volumen relativamente alto de aire comprimido auxiliar para funcionar (Al menos 26 litros/seg @ 483 kPa).

Un último sistema emplea Unidades de Achique de Vacío. Aunque no están disponibles en el mercado, se han creado varias unidades de achique de minas que utilizan un vacío parcial para extraer el agua del agujero de aspiración. Estos sistemas constan básicamente de...

1. Bomba de desagüe de barrenos mediante ciclos alternativos de aspiración y expulsión basada en el principio del desplazamiento neumático para extraer el agua de los barrenos de perforación de voladuras que se caracteriza por incorporar, una manguera principal (1) que se distingue por llevar en el extremo superior (que permanece en la superficie) un cierre hermético (2) con dos tomas o conexiones, una toma (4) para la entrada y salida de aire según el ciclo sea de aspiración o expulsión, y la otra toma (5) para la salida del agua que asciende por una manguera interior (6) a la manguera principal (1). En el extremo inferior de la manguera principal (1) (el que se introduce hasta el fondo del barreno) se ubica un sistema anti-retorno (3) que permite la entrada de agua (fase de aspiración) pero no la salida (fase de expulsión) dejando como único escape al agua desplazada por el aire presurizado la ascensión por la manguera interior (6) hasta la atmósfera a través de la toma (5).

2. Bomba de desagüe de barrenos mediante ciclos alternativos de aspiración y expulsión basada en el principio del desplazamiento neumático, según reivindicación 2ª, caracterizada porque la toma de entrada/salida de aire (4) se conectará, mediante válvulas cualesquiera adecuadas (11), alternativamente a una fuente de aire comprimido (12) y a una fuente de vacío (13) constituyendo los ciclos de desagüe fundamentales de aspiración y expulsión de la invención.

3. Bomba de desagüe de barrenos mediante ciclos alternativos de aspiración y expulsión basada en el principio del desplazamiento neumático, según reivindicación 1ª, caracterizada porque la toma de salida de agua (5) se conecta mediante válvulas cualesquiera adecuadas (11) alternativamente, en la fase de aspiración, a la posición RI donde se hace el vacío mediante la conexión con la fuente (13) en todo el interior del cuerpo de la bomba, constituido por el volumen interior de las mangueras (1) y (6), mejorando por tanto el ritmo de desagüe; y en la fase de expulsión, a la posición RII, donde por acción del empuje del aire a presión, conduce el agua evacuada a su través (5) al exterior, de manera controlada, mediante la manguera exterior de desagüe (10).

4. Bomba de desagüe de barrenos mediante ciclos alternativos de aspiración y expulsión basada en el principio del desplazamiento neumático, según reivindicación 1ª, caracterizada porque el sistema anti-retorno (3) ubicado en la parte inferior de la manguera principal (1) incluye una válvula antiretorno (9), un filtro (8) y un protector contundente (7) que sirve para proteger el mecanismo anti-retorno (3) y a la vez con funciones de ariete para desatrancar algún posible obstáculo en el interior del barreno.

5. Bomba de desagüe de barrenos mediante ciclos alternativos de aspiración y expulsión basada en el principio del desplazamiento neumático, según reivindicación 2ª, caracterizada porque en la línea formada por la toma de salida de agua (5) y la manguera de desagüe exterior (10), se incluye una válvula anti-retorno (14) que permite la salida del agua en la fase de impulsión y se cierra cuando el ciclo de desagüe es el de aspiración para mejorar el rendimiento.

6. Bomba de desagüe de barrenos mediante ciclos alternativos de aspiración y expulsión basada en el principio del desplazamiento neumático, según reivindicación 1ª, caracterizada porque en la configuración del perfil externo de la manguera principal (1) y el sistema anti-retorno (3) no existen resaltes apreciables en el citado perfil para minimizar los problemas de atranque inherentes a todos los procesos que implican introducir objetos en el interior de huecos estrechos como lo son los barrenos de perforación.