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COMPARACIN DE LA PRODUCTIVVIDAD DEL CARGADOR FRONTAL CAT 980G Y LA EXCAVADORA CAT
345BL PARA LA SELECCIN DE EQUIPO DE CARGUIO EN COMARSA
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
El carguo de material en la mina Santa Rosa, se realiza mediante la contratacin de servicios a
dos empresas especializadas que consiste en el arrendamiento de equipos de carguo, los que
comprenden cargadores frontales y excavadoras de capacidades y costos distintos.
La empresa especializada POMISPA cuenta con 3 cargadores frontales CAT 980G de 4.2m de
capacidad y la empresa especializada San Simn S.A. cuenta con 5 excavadoras hidrulicas
CAT 345 BL de 2.9m de capacidad; los cuales se encuentran operativos.
De acuerdo a la operatividad de cada equipo en el carguo de material en el tajo Tentadora se
determinar la productividad en relacin a COSTO/PRODUCCIN (US$/Hr) lo que permitir
comparar y seleccionar la alternativa mas rentable.
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Variable Independiente
Productividad
Variable Dependiente
Seleccin
Indicadores
Menor costo por tonelada Mayor ganancia
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OBJETIVOS
Objetivos
Generales.
Determinar y comparar la productividad entre un cargador
frontal y una excavadora en trminos de costo por tonelada
para la seleccin de equipo en arrendamiento en la Mina
Santa Rosa.
Explicar y detallar las actividades y operacin del cargador
frontal y la excavadora en el ciclo de carguo de material.
Analizar los parmetros e indicadores para determinar la
produccin de los equipos en estudio.
Determinar la productividad de cada equipo y comparar
ambos para establecer la alternativa adecuada.
Objetivos
Especficos.
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PRODUCTIVIDAD
Productividad es el cociente de la divisin de los recursos empleados entre la
cantidad producida, para lograr un proceso.
oducidaCantidad
eadoscursosEmplDADPRODUCTIVI
Pr
Re
La productividad tambin puede definirse como la eficiencia con que los recursos
se administran
para completar un proceso especfico, dentro del tiempo establecido y con la
calidad acordada.
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CARGADOR FRONTAL
Los cargadores frontales son usados para el transporte de material fino y grueso, como
arena, tierra y rocas, son utilizados para el carguo de camiones, para la excavacin de
suelos,
explotacin minera, construccin civil, etc.
Estos equipos levantan el material, lo transportan y lo descargan en volquetes, tolvas,
depsitos o lo apilan en una cancha. Los cargadores frontales realizan la misma labor
que las palas y las
excavadoras.
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EXCAVADORA HIDRAULICA
La excavadora hidrulica es una mquina que se utiliza tanto en faenas de
explotaciones mineras como en obras civiles. La potencia hidrulica es la clave de las
ventajas que ofrecen
estas mquinas. El control hidrulico de los componentes de la mquina proporciona
mayor rapidez en los tiempos de los ciclos, mejor control de los accesorios, mejor
eficiencia total,
suavidad y facilidad de operacin y un control positivo que permite una mayor precisin
en el carguo de material.
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PRODUCCION DE LOS EQUIPOSPara el calculo de produccin de los cargadores y excavadoras se encuentran tablas
de los fabricantes que ayudan aplicar la formula general de produccin.
Estas tablas estn hechas con base a numerosas pruebas y bajo ciertas condiciones
ideales de operacin.
La produccin por hora se puede obtener aplicando la siguiente formula:
Donde:
Q= produccin por hora (m/hr)
q= produccin por ciclo (m)
N = numero de ciclos por hora
E = Factor de eficiencia.
qxNxEQ
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Factor de eficiencia (E)
Este es un valor aproximado de acuerdo a las condiciones de la zona de trabajo.
CONDICIONES DE OPERACIN EFICIENCIA DEL TRABAJO
Buenas 83%
Promedio 75%
Moderada 67%
Deficiente 58%
La eficiencia es equivalente tanto en el
Cargador Frontal como para la
Excavadora
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Produccin por cicloEs la cantidad de material cargado en un ciclo o pase.
Donde:
q= produccin por ciclo (m).
ql = capacidad colmada del
cucharn
especificaciones nominales.
K = Factor de llenado del
cucharn (tablas).
qlxKq
Nmero de ciclos
por hora
Donde :
N = Numero de ciclos por hora.
Tc= Tiempo estandar de ciclo
TcN /3600
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Tablas de Factor de llenado (k)
Condiciones de operacin Observaciones
Cargue Fcil
El cargui se efectua de un arrume
de tierra o de roca ya excavada
por otro equipo
Carguo de arena, productos de
tamaos pequeos de roca triturada
Cargue
Promedio
El carguo de tierra suelta de un
arrume ms difcil que el anterior
Excavacin en tierra arenosa en estado
natural compactada
Cargue
Moderado
Se presenta dificultad para
el cucharn, puede ser roca
triturada pequea acumulada por
otra mquina
Carguo de roca pequea triturada
Cargue DifcilDificultad para llenar el
rocas grandes de forma irregularCargue de roca de voladura
Cargador Frontal
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CONDICIONES DE CARGUIO FACTOR DE LLENADO
Fcil 100%-110%
Promedio 85%-95%
Moderado 80%-85%
Difcil 75%-80%
Excavadora
MATERIAL FACTOR DE LLENADO
Suelo natural arcilloso, tierra suave 100%-120%
Tierra seca, tierra arenosa 95%-110%
Suelo natural arenoso con grava 80%-90%
Roca bien fragmentada por voladura 60%-75%
Roca mal fragmentada por voladura 40%-50%
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CARGUIO DE MATERIALPara esta actividad contamos con equipos de carguo de mediana productividad,
como excavadoras hidrulicas y cargadores frontales que ejecutan el carguo del
material ya sea a un carril o ambos carriles, dependiendo de las condiciones que
exija la operacin.
La incorrecta seleccin de un equipo de carguo en un frente de trabajo repercute en
el avance del planeamiento a corto plazo; esto aparte de traer como consecuencia el
no cumplimiento de la produccin mineral y desmonte, traera consigo un
incremento de los costos unitarios del carguo.
En COMARSA, se cuenta con los siguientes equipos para realizar el carguo
EQUIPOS DE CARGUIO
EQUIPO MODELO MARCA UNID. POT. PESO LONG ALT ANC. CAPAC.
HP TN M M M M3
Excavadora PC600 Komatsu 7 410 56.6 10.71 3.6 3.4 3.4
Excavadora 345BL Caterpillar 5 290 44.5 11.5 3.8 3.5 2.9
Cargador 980G Caterpillar 3 300 20.5 9.6 3.8 3.3 4.2
Cargador 980H Caterpillar 1 318 20.5 9.6 3.8 3.4 4.2
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METODOLOGA
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TECNICAS
Trabajo de GabineteEn esta etapa se efecta el planeamiento del trabajo, por lo que se procede a
recolectar la informacin histrica documentada que nos servir de base para
establecer parmetros y
procedimientos que tengan por finalidad la correcta recoleccin de datos en el
trabajo de campo, y con esta informacin se analizarn los datos, se interpretarn y
determinarn en forma cuantitativa los resultados que nos brindaran las
conclusiones de la investigacin.
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ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS EQUIPOS
Cargador Frontal CAT 980G
ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS (muestra)
EQUIPO MODELO MARCA POT. (HP)PESO
(TN)
LONG.
(m)ALT (m) ANC. (m) CAP.
Cargador 980GCaterpill
r300 20.5 9.6 3.8 3.3 4,2
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Excavadora CAT 345BL
ESPECIFICACIONES DE LOS EQUIPOS (muestra)
EQUIPOMODELO
MARCAPOT. (HP) PESO
(TN)
LONG.
(m)ALT (M) ANC. (m) CAP.
Cargador 980GCaterpill
r290 44.5 11.5 2.8 3.5 2.9
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CALCULO DE LA PRODUCTIVIDAD NOMINAL DEL
CARGADOR FRONTAL CAT 980G
a) Clculo del nmero de ciclos por hora (N)
Tc = Tiempo de ciclo estndar o nominal= 30seg
N = 3600 / 30 = 120 ciclos/hr. TcN /3600
b) Clculo de produccin por ciclo (q)
qlxKq ql = Capacidad colmada de cucharn = 4.2m
K = Factor de llenado = cargue de roca de voladura =
80%
q = 4.2 m x 0.8 = 3.4 m
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c) Clculo de produccin por hora (Q)
q = Produccin por ciclo = 3.4m (*)
N = Ciclos por hora = 120 ciclos/hr (*)
E = Eficiencia = Condiciones de PROMEDIO = 75%
Q = 3.4 m/ciclo x 120 ciclos/hr x 0.75 = 302.4 m/hr
qxNxEQ
d) Clculo del Volumen In Situ de produccin
Fw = factor de esponjamiento = 0.7 (140%)
Vinsitu = 302.4 x 0.7 = 211.7 m/hr xFwVespVinsitu .
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f) Clculo de la productividad
e) Clculo de Produccin por hora en toneladas.
= Densidad del material in situ = 2.5 Tm/m
Prod (Tm/hr) = 211.7 m/hr x 2.5 tm/m = 529.2 Tm/hr
PRODUCTIVIDAD = 90.6 US$/hr / 529.2
Tm/hr = 0.17 US$/Tm.
rhoraToneladapo
raCostoporhodoductivida Pr
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CALCULO DE LA PRODUCTIVIDAD NOMINAL DE LA
EXCAVADORA CAT 345BL
a) Clculo del nmero de ciclos por hora (N)
Tc = Tiempo de ciclo estndar o nominal = 12seg
N = 3600 / 14 = 257 ciclos/hr.
b) Clculo de produccin por ciclo (q)
TcN /3600
qlxKq ql = Capacidad colmada de cucharn = 2.9m
K = Factor de llenado = roca bien fragmentada
por voladura = 60%
q = 2.9m x 0.6 = 1.7 m
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c) Clculo de produccin por hora (Q)
qxNxEQ
d) Clculo del Volumen In Situ de produccin
xFwVespVinsitu .
q = Produccin por ciclo = 1.7m (*)
N = Ciclos por hora = 257 ciclos/hr (*)
E = Factor de eficiencia = Condiciones PROMEDIO =
75%
Q = 1.7m/ciclo x 257ciclos/hr x 0.75 = 335.6m/hr
Fw = factor de esponjamiento = 0.7 (140%)
Vinsitu = 335.6 x 0.7 = 234.9 m/hr
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f) Clculo de la productividad
rhoraToneladapo
raCostoporhodoductivida Pr
e) Clculo de Produccin por hora en toneladas.
= Densidad del material in situ = 2.5 Tm/m
Prod (Tm/hr) = 234.9 m/hr x 2.5 tm/m = 587.3 Tm/hr
PRODUCTIVIDAD = 114.7 US$/hr / 587.3 Tm/hr = 0.20 US$/Tm.
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Trabajo de CampoDescripcin de los mtodos de carguo
Cargador Frontal CAT 980G: Carguo a un carril
La forma general de trabajo de un cargador frontal es el siguiente: la maquina se acerca
al frente de carga con el cucharn al nivel del suelo, la cuchilla horizontal y con la
velocidad ms corta de la caja de cambios. Una vez que ha penetrado el cucharn en el
terreno se procede a la carga del mismo. A continuacin se cambia el sentido de marcha
retirndose del frente con el cucharn elevado, y en un momento dado vuelve a
desplazarse hacia delante con el fin de aproximarse al punto de vertido para depositar
la carga. La trayectoria que describe el cargador habitualmente es en forma de V.
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EXCAVADORA HIDRAULICA
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Tiempos de Ciclo
Normalmente el tiempo de ciclo de carguo con el cargador frontal esta dividido en
cuatro partes, y estos dependen de la distancia al frente y al volquete de acuerdo a
las condiciones de trabajo y de dimensiones de los equipos, a continuacin se
muestran los 4 tiempos fundamentales:
Carga (T-1). Desplazamiento cargado (T-2). Descarga o volteo (T-3). Desplazamiento vaco (T-4)
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Excavadora CAT 345BL: carguo a dos carriles
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EXCAVADORA HIDRAULICA
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Tiempo de Ciclo
El tiempo del ciclo es una funcin del tipo de mquina y delas condiciones de trabajo
que incluyen el ngulo de giro, la profundidad o altura de corte.
Un ciclo se considera como el total de las operaciones de corte, en el trabajo
realizado por una excavadora se tienen cuatro tiempos:
Corte (T-1) Giro con carga (T-2) Descarga (T-3) Giro vaco. (T-4)
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RECOLECCION DE DATAMediante el trabajo de campo se puede obtener la informacin necesaria para
determinar la produccin de los equipos en trminos de Toneladas / Hora. El trabajo de
campo detalla cada actividad mediante la toma de tiempos de operacin.
Programacin de EquiposPara COMARSA que trabaja con un plan de equipos de alquiler a terceros
(OUTSOURSING) se ha estimado la disponibilidad de cumplimiento de 10 horas diarias
en Mina de todo los equipos en general de las diferentes contratas.
PARAMETROS DE PROGRAMACIN 2015Descripcin Unidad ENE. FEB. MAR. ABR. MAY. JUN. JUL. AGOS. SEP. OCT. NOV. DIC.
Das calendario das 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
Horas calendario Hr/mes 744 672 744 720 744 720 744 744 720 744 720 744
Das programados mes das 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26
Horas programadas turno Hr/Turno 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Nmero de turno Turno/da 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
Horas programadas da Hr/da 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
Horas programadas mes Hr/mes 520 520 520 520 520 520 520 520 520 520 520 520
Horas no Programadas Hr/mes 224 152 224 200 224 200 224 224 200 224 200 224
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TIEMPO Y ACTIVIDADES DEL CARGADOR
FRONTAL CAT 980G
Datos tomados en el turno N 11
(Turno A DIA) en el tajo
Tentadora.
a).- Detalles de las actividades y
demoras tpicas por turno.
b).- Acumulado de tiempos por
actividades.
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TIEMPO Y ACTIVIDADES DEL EXCAVADORA CAT
345BLDatos tomados en el turno N 07 (Turno A DIA) en el tajo Tentadora.
a).- Detalles de las actividades y demoras tpicas por turno.
b).- Acumulado de tiempos por actividades.
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DETERMINACION DE LA PRODUCCION DE EQUIPOSLa produccin de cada equipo se determinara a partir de la base de datos elaborada a
partir de los reportes diarios obtenidos en campo.
Los datos necesarios para esto son:
Horas efectivas y demoras (calculadas a partir de la toma de tiempos).
Numero de viajes (Reporte de acarreo, volquetes por turno Balanza)
Toneladas por turno (Reporte de acarreo, Balanza).
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Con estos datos se calculara lo siguiente:
Viajes o volquetadas por hora. Produccin efectiva (toneladas por hora
efectiva).
Produccin operativa (toneladas por hora operativa).
Es muy importante determinar la produccin operativa, ya que incluye la eficiencia
de cada equipo que se refiere a la produccin por turno de 10 horas y es con este
dato que se puede establecer la productividad de los equipos.
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Base de Datos del cargador frontal CAT 980G
A continuacin se muestra la base de datos obtenida en 59 turnos.
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Base de Datos de la excavadora CAT 345BLA continuacin se muestra la base de datos obtenida en 59 turnos.
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CALCULO DE LA PRODUCCION DE LA EXCAVADORA
CAT 345LB
Por ejemplo calculamos la produccin del turno N 01 DIA, de acuerdo a la base de
datos anterior.
a) Clculo del nmero de viajes por hora.
Viajes por hora = Viajes por turno / Hrs
efectivas.
Viajes por hora = 310 / 8 = 39 viajes/hr
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b) Clculo de Produccin por hora efectiva.
Produccin por hora efectiva = Produccin por turno / Horas efectivas
Produccin por hora efectiva = 6944 / 8 = 868 Tm/hr
c) Clculo de Produccin por hora operativa.
Produccin por hora operativa = Produccin por turno / horas operativas.
Produccin por hora operativa = 6944 / 10 = 694 Tm/hr.
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De los datos calculados para cada turno se tiene el siguiente cuadro:
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INSTRUMENTOSCostos de ArrendamientoEn el costo de arrendamiento de equipos de carguo la compaa y las empresas
especializadas establecieron costos de alquiler de equipo basados en el consumo
de combustible, esta informacin es indispensable para la determinacin de la
productividad de los equipos en estudio, ya que hallando la produccin en
toneladas por hora promedio y con estos costos se podr determinar el costo por
tonelada promedio, y ser el indicador con el cual se realizar la comparacin.
COSTO DE ARRENDAMIENTO
Equipo Contrata Unidad Costo/hora
PC600 (Excavadora) POMISPA US$/Hr 135
345BL (Excavadora) SAN SIMON US$/Hr 114.7
980G (Cargador F.) POMISPA US$/Hr 90.6
Volquete FM-12 15m3 Todas US$/Hr 34.6
VolqueteNL-12 15m3 Todas US$/Hr 34.6
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Productividad Nominal de los EquiposLos resultados obtenidos previamente en el clculo de la productividad nominal nos
permite hacer una comparacin que nos servir de instrumento y gua en los
resultados que se obtendrn de acuerdo a los datos de campo.
Como se muestra en el siguiente cuadro, nominalmente el cargador tiene mayor
productividad que la excavadora, siendo la diferencia en costos de 0.03US$/tm
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PRODUCTIVIDAD DEL CARGADOR EXCAVADORA CAT 345LB
DATOS
Capacidad de cuchara 4.2 m3 Capacidad de cuchara 2.9 m3
Tiempo de ciclo 30 seg Tiempo de ciclo 14 seg
Factor de llenado 80 % Factor de llenado 60 %
Eficiencia 75 % Eficiencia 75 %
Densidad In Situ 2.5 tm/m3 Densidad In Situ 2.5 tm/m3
Factor de esponjamiento 0.7 140% Factor de esponjamiento 0.7 140%
RESULTADOS
Produccin por ciclo 3.4 m3/ciclo Produccin por ciclo 1.7 m3/ciclo
Ciclos por hora 120 ciclo/hr Ciclos por hora 257.1 ciclo/hr
Produccin por hora 302.4 m3/hr Produccin por hora 335.6 m3/hr
Material esponjado 302.4 m3/hr Material esponjado 335.6 m3/hr
Material In Situ 211.7 m3/hr Material In Situ 234.9 m3/hr
Tonelaje por hora 529.2 Tm/hr Tonelaje por hora 587.3 Tm/hr
Costo por hora 90.6 US$/hr Costo por hora 114.7 US$/hr
PRODUCTIVIDAD 0.17 US$/Tm PRODUCTIVIDAD 0.2 US$/Tm
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Estadstica descriptiva de datos
CARGADOR FRONTAL CAT 980G EXCAVADORA CAT 345LB
Horas Operativas 10 hrs Horas Operativas 10 hrs
Horas Efectivas 6.78 hrs Horas Efectivas 7.21 hrs
Horas en demoras 3.22 hrs Horas en demoras 2.79 hrs
Eficiencia 67.80% % Eficiencia 72.10% %
Produccin Efectiva 775.71 Tm/hr Produccin Efectiva 833.47 Tm/hr
Produccin Operativa 526.98 Tm/hr Produccin Operativa 602.14 Tm/hr
A partir de la informacin tomada en campo y sus respectivos clculos de
produccin, se obtiene el PROMEDIO de los valores en los 59 turnos.
Estos valores promedio de produccin se evaluaran de acuerdo al costo de
arrendamiento y se determinara la productividad de cada equipo.
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Grfico comparativo de la eficiencia de equipos
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RESULTADOS:
PRODUCTIVIDAD DE LOS
EQUIPOS, COMPARACION Y
SELECCION
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PRODUCITIVIDAD DEL CARGADOR FRONTAL 980G
Costo de Arrendamiento = 90.6 US$/hr.
Produccin Operativa = 526.98 Tm/hr.
PRODUCTIVIDAD = 90.6 (US$/hr) / 526.98 (Tm/hr)
= 0.172 US$ / Tm.
PRODUCITIVIDAD DE LA EXCAVADORA CAT 345LBCosto de Arrendamiento = 90.6 US$/hr.
Produccin Operativa = 526.98 Tm/hr.
PRODUCTIVIDAD = 114.7 (US$/hr) / 602.14 (Tm/hr) =
= 0.191 US$ / Tm
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COMPARACIN DE LA PRODUCTIVIDAD DE
LOS EQUIPOS
Comparando tenemos que el cargador es mas productivo ya que emplea menos
recursos (costo en US$) para el carguo de una tonelada de material.
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Beneficio Econmico de la Seleccin
Una vez hecha la comparacin de la productividad, calculamos la diferencia de en
costos que ser el ahorro en dlares por tonelada.
Beneficio = Productividad Excavadora Productividad Cargador.
BENEFICIO = 0.191 US$/Tm 0.172 US$/Tm
= 0.019 US$/Tm
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De acuerdo al plan de minado, cada equipo debe cumplir una produccin mnima de
5000 Tm por turno, por lo tanto el beneficio econmico por cada excavadora CAT
345BL reemplazada por un Cargador Frontal CAT 980G:
BENEFICIO POR TURNO = 0.019 US$/Tm x 5 000Tm/turno
BENEFICIO POR TURNO = 95 US$/turno.
BENEFICIO POR DIA = 95 US$/turno x 2 = 190 US$/da.
BENEFICIO POR MES = 190 US$/mes x 26 = 4 940 US$/mes.
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La distribucin de equipos en el tajo tentadora nos muestra que al obtener mayor
productividad con los cargadores, podemos reemplazar las 5 excavadoras existentes
por lo que el beneficio mensual total seria :
EQUIPOS DE CARGUIO - TAJO TENTADORA
MARCA UNID. POT. PESO LONG ALT ANC. CAPAC.
HP TN M M M M3
Caterpilla 5 290 44.5 11.5 3.8 3.5 2.9
Caterpilla 3 300 20.5 9.6 3.8 3.3 4.2
BENEFICIO TOTAL POR MES = 4 940 US$/un. x 5 un.
= 24 700 US$
Como resultado de los beneficios econmicos, la seleccin esta a favor de los
cargadores frontales CAT 980G los cuales deben reemplazar las excavadoras CAT
345BL.
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CONCLUSIONES Para determinar la produccin y la eficiencia de los equipos de carguo, es muy
importante tener un control detallado de los tiempos de cada actividad realizada
durante el turno de operacin, y a la vez clasificarlas en horas efectivas y
demoras. La eficiencia de operacin no siempre determina la seleccin del equipo
conveniente, por lo que es de suma importancia calcular la productividad; que
mediante un anlisis de costos produccin nos permita comparar dos equipos.
Las excavadoras CAT 345BL en el tajo Tentadora, deben ser reemplazadas porcargadores frontales CAT 980G ya que representaran un ahorro de 24 700 US$
mensuales para las operaciones de carguo en este tajo.
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RECOMENDACIONES
El control de las operaciones de carguo debe ser supervisada constantementepara disminuir las demoras y riesgos; y principalmente debe enfocarse en la
capacitacin continua de los operadores de equipo pesado, ya que el recurso
humano es pieza fundamental en la productividad de los equipos.
Si bien cada operacin minera es muy particular en sus condiciones, serecomienda que en el caso de Comarsa, el cargador frontal CAT 980G da mejores
resultados econmicos que la excavadora CAT 345BL por lo tanto deben
contratarse los servicios de la empresa especializada POMISPA para el
arrendamiento de 5 cargadores mas que reemplacen las excavadoras.