El sistema de perforación a roto percusión es el más clásico y utilizado de todos con orígenes que se remontan al año 1838 cuando la primera máquina Singer apareció y luego en 1948 la Couch. Estas primeras máquinas utilizaban vapor para su accionamiento. El principio de perforación se basa en impacto de una pieza de acero (pistón) que golpea un útil el cual trasmite la energía al fondo del barreno por medio de una boca, se clasifican en dos grupos:
Es la forma habitual de perforación de rocas a roto percusión, el principio de corte se basa en el impacto realizado en el exterior de la perforación de un pistón de acero sobre una barrena, las perforadoras de roca convierten la energía hidráulica, eléctrica o mecánica en energía mecánica, el pistón golpea el fondo creando una onda de choque que se transmite a través de las brocas, por medio de las barras de perforación se transmite la fuerza de empuje y percusión, descargando la energía en la parte inferior del agujero para lograr la penetración y triturar la roca. Para asegurar una sección circular en el barreno el útil gira con cada golpe, asegurando un corte nuevo en la roca, se debe retirar del barreno los detritus, esto se consigue por medio de insuflado de aire al fondo del taladro. Parte de la energía del impacto se pierde en la transmisión y en los cambios de sección del varillaje, por lo que la velocidad de penetración de la perforación disminuirá con la profundidad del barreno.
Las perforadoras con martillo en cabeza pueden accionarse mediante martillos neumáticos y martillos hidráulicos, tanto las perforadoras neumáticas como las hidráulicas constan de los siguientes elementos:
- Un cilindro que con su movimiento alternativo golpea el extremo de una barrena.
- Un mecanismo de rotación incorporado al pistón o independiente de este.
- Un sistema que permite el barrido del barreno mediante una aguja de barrido que atraviesa el pistón o bien por medio de la inyección del fluido de barrido lateralmente en la cabeza frontal de la perforadora.
El accionamiento de estas perforadoras es mediante aire comprimido, con una misma presión tanto para el mecanismo de impacto como para el aire de barrido, su peso y tamaño son menores que el de las perforadoras hidráulicas y se han empleado de forma tradicional por empresas de perforaciones para barrenos de menos de 150 mm de diámetro. La rotación del varillaje puede realizarse mediante una barra estriada o un motor independiente.
Las longitudes de perforación con este sistema no superan habitualmente los 30 m debido a las importantes pérdidas de energía debidas a la transmisión de la onda de choque y a las desviaciones de los barrenos. Lo normal es utilizar barrenos cortos, con longitudes entre 2 y 15 m y el empleo de diámetros pequeños, entre 38 y 100 mm. Además, a medida que aumenta la longitud del barreno, se precisa de una mayor presión de aire de barrido.
- Gran simplicidad
Fiabilidad y bajo mantenimiento - Facilidad de reparación
- Precios de adquisición bajos
Estructuralmente la perforadora hidráulica es similar a la neumática, aunque el accionamiento se realiza mediante un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite que impulsa los componentes. Además, estas unidades van equipadas con un compresor cuya función es suministrar aire para el barrido del detritus, pudiéndose incrementar la presión del aire con la profundidad del barreno. Estos equipos fueron utilizados por empresas de perforación en los trabajos subterráneos, pero poco a poco, se han incluido en la perforación en superficie.
- Consumo de energía tres veces menor
- Menor costo de accesorios de perforación e incremento del 20% de la vida útil del varillaje.
- Mayor capacidad de perforación con velocidades de penetración entre un 50 y un 100% mayor.
- Mejores condiciones ambientales.
- Posibilidad de variar la presión de accionamiento, la energía y la frecuencia de golpeo.
- Mayor facilidad para la automatización.
Se basa en que un martillo golpea directamente la boca en el fondo de la perforación. De esta forma se evita la pérdida de energía transmitida por la percusión del pistón a través del varillaje. Se pueden alcanzar profundidades superiores a los 100 m con rendimientos de 60 a 100 m por turno. El martillo en fondo y la boca forman una unidad integrada dentro del barreno, esto garantiza una velocidad de perforación bastante homogénea con el aumento de la profundidad del taladro, aunque es normal que disminuya la velocidad al reducirse la velocidad de barrido con la profundidad.
Consta de un cilindro cuya longitud es en función de la carrera del pistón y de diámetro acorde con el diámetro de perforación. En el extremo de este cilindro se aloja la boca de perforación, alojada en un porta bocas. El varillaje se sustituye por un tubo hueco que conecta el martillo con el equipo y que se encarga de transmitir el par de rotación y la fuerza de avance. Los barrenos perforados con martillo en fondo acusan mínimas desviaciones, consiguiendo buenos resultados en rocas muy fracturadas. El varillaje está compuesto por tubos de igual diámetro en toda la longitud, no tiene acoplamientos que puedan atascar la perforación la rotación la realiza un motor neumático o hidráulico montado en el carro, al igual que el sistema de avance. El aire de escape limpia el detritus y lo transporta al exterior.
- Salvo en rocas muy abrasivas, desgastes de las bocas menores que con martillo en cabeza.
- Vida más larga de los tubos que de las varillas y manguitos de los martillos en cabeza.
- Desviaciones pequeñas de los barrenos, por lo que son adecuados para profundidades largas.
- Menor energía de impacto y más frecuencia, lo cual es apto para macizos muy fracturados o desfavorables.
- Par y velocidad de rotación menor que otros métodos.
- No necesitan barras de carga, lo cual permite pequeños carros de perforación para barrenos de gran diámetro y profundidad.
- Menor costo por metro lineal que con perforación rotativa en diámetros grandes y rocas muy duras.
- Consumo de aire comprimido más bajo que con martillo en cabeza neumático.
- Nivel de ruido inferior al estar el martillo dentro de la perforación.
