Cables de Potencia para Equipos Raise Borer (Robbins y Epiroc) en Chimeneas de Ventilación

Por Ing. Carlos Mendoza, Especialista en Cables Mineros Conozca más sobre nosotros, consulte las fichas de cables portátiles Tipo G-GC, revise la línea de cables apantallados SHD-GC, explore los cables de fuerza Tipo W o establezca contacto directo con ingeniería de planta.

Resumen Técnico

El Desafío Crítico del Raise Boring en México: ¿Por Qué un Corte Eléctrico Puede Perder el Cabezal Rimador?

Las minas subterráneas profundas de Zacatecas (Fresnillo, Sombrerete, Mazapil), Chihuahua (Parral, Santa Bárbara), Durango y Guerrero superan ya los 700 metros de profundidad. Ese avance vertical obliga a renovar de forma constante el circuito de ventilación primaria. Para excavar chimeneas de 200 a 800 metros sin exponer personal dentro del tiro, la minería mexicana utiliza el método contracielo.

• Perforación contracielo (Raise Boring) se define como un sistema mecanizado de excavación vertical en dos etapas: primero perfora un barreno piloto descendente de 229 mm a 381 mm y luego rima la roca en sentido ascendente hasta diámetros de 1.8 a 6.0 metros.
• Cabezal rimador (Reamer Head) es el ensamble estructural de gran diámetro equipado con cortadores de carburo de tungsteno que fractura la roca bajo empujes ascendentes de 2,000 kN a 9,500 kN.

Hallazgo de ingeniería: Un jumbo de avance o un camión minero puede detenerse en cualquier momento sin riesgo geotécnico. En cambio, una campaña de rimado ascendente con equipos Robbins 73RH, 83RH-C, 97R o Epiroc Raiseborer es un proceso continuo crítico. Cuando el cabezal rimador de 4.0 o 5.0 metros atraviesa fallas geológicas o roca argilizada, una interrupción eléctrica mayor a 3 horas permite que la presión de la roca cierre la bóveda sobre el rimador. Además, el detrito húmedo decanta sobre el cabezal y bloquea la columna de barras (drill string). Rescatar un cabezal atascado a 350 metros de profundidad genera pérdidas de 350,000 a 1,200,000 USD entre obras de rescate y retrasos de ventilación.

Por esta razón, los contratistas de raise boring no pueden alimentar una estación contracielo con cables improvisados ni empalmes vulnerables. El sistema de cables debe diseñarse al 125% (NEC Art. 430, 2023) de la corriente continua, con baja caída de tensión y blindaje frente a variadores de frecuencia (VFD).

Arquitectura de Alimentación Eléctrica en una Estación de Raise Boring

Una estación contracielo instalada en un nivel intermedio requiere alimentar tres subsistemas continuos. El primero es el motor eléctrico del cabezal de rotación (de 110 kW a 550 kW, controlado por VFD o sistema electrohidráulico). El segundo es la central hidráulica principal (*Hydraulic Power Pack*) para los cilindros de empuje (de 37 kW a 110 kW). El tercero comprende las bombas de lodos y agua de barrido (de 30 kW a 90 kW).

Cuando el cabezal rimador atraviesa vetas de cuarzo con resistencia a la compresión mayor a 200 MPa, el par motor alcanza su límite máximo. Para evitar caídas de tensión en ese instante, la distribución eléctrica se divide en dos tramos:

1. Alimentador Primario de Media Tensión (4.16 kV / 13.8 kV) hacia la Subestación Móvil

La regla principal de ingeniería consiste en ubicar la subestación móvil a menos de 60 a 90 metros de la losa de concreto (concrete pad) del Raise Borer.

• Cable alimentador primario SHD-GC 5 kV / 15 kV es un cable portátil apantallado de media tensión con aislamiento EPR, capa semiconductora y trenza de cobre estañado por fase, diseñado para alimentar la subestación unitaria móvil de 500 kVA a 1,500 kVA dedicada al equipo contracielo.
• Al llevar la energía en 4,160 V o 13,800 V hasta la estocada contigua al Raise Borer, un cable Tipo SHD-GC calibre 3x2 AWG o 3x2/0 AWG mantiene la caída primaria bajo el 0.5% (IEEE 141, 2022). Además, su hilo piloto (GC) abre el interruptor en menos de 45 milisegundos ante cualquier daño mecánico.

2. Alimentadores Secundarios de Gran Calibre (480 V, 600 V y 1,000 V) entre Subestación y Plataforma

Desde el interruptor secundario de la subestación móvil hasta el gabinete principal (Main Switchgear / VFD Cabinet) del Raise Borer circulan corrientes de 215 A a más de 900 A durante semanas.

• Cable Tipo G-GC de gran calibre (350 a 500 kcmil) se define como un cable portátil de fuerza para 2,000 V con tres conductores de cobre estañado extraflexible (Clase K o M según ICEA S-75-381), dos tierras simétricas y un hilo piloto (Ground Check), empleado para alimentar perforadoras Robbins y Epiroc en 480 V y 600 V.
• Para equipos medianos como el Robbins 34RH o Epiroc Robbins 34RH (150 kW), basta una terna de cable Tipo G-GC calibre 3x4/0 AWG. Este calibre entrega 321 A a 90 °C (en ambiente de 40 °C según ICEA Tabla H-1) y cubre el 125% (NEC Art. 430, 2023) de la demanda nominal.
• En equipos pesados como los Robbins 73RH, 83RH-C, 97R y 123RH-C (de 300 kW a 750 kW), un único cable de 750 kcmil resulta inmanejable por superar los 12 kg/m. Por ello, se instalan dos o tres ternas en paralelo en calibres 3x250 kcmil, 3x350 kcmil o 3x500 kcmil de idéntica longitud. Como alternativa, se tienden cables unipolares Tipo W agrupados en trébol entre el transformador y el gabinete VFD.

Equipos con Variador de Frecuencia (VFD / AC Drive) y Sistemas en 1,000 V: Cuándo Migrar de Tipo G-GC a SHD-GC 2000 V

Las perforadoras contracielo modernas, como la serie Robbins VF y los equipos Epiroc Easer y Robbins 73RH-C / 83RH-C, emplean motores de corriente alterna accionados por variadores IGBT con control directo de par (Direct Torque Control, DTC). Asimismo, numerosos proyectos profundos operan el tren de rimado en 1,000 V CA para reducir el amperaje a la mitad frente a 480 V.

Tanto en accionamientos VFD como en redes de 1,000 V, recomendamos especificar cables Tipo SHD-GC de 2,000 V entre el variador y el motor por tres motivos técnicos:

1. Contención de interferencia electromagnética (EMI) y corrientes de modo común: La conmutación de los transistores IGBT genera pulsos con pendientes ($dV/dt$) de hasta 5,000 V/$\mu$s. En un cable sin pantalla, esos pulsos inducen ruido en el inclinómetro, en los sensores hidráulicos y en la red CAN-bus de la consola. La pantalla trenzada de cobre estañado del SHD-GC (con cobertura >= 60% (ICEA S-75-381, 2021)) confina el campo eléctrico y retorna las corrientes de alta frecuencia al chasis del VFD.
2. Resistencia del aislamiento EPR a picos por onda reflejada: Cuando el cable al motor supera los 30 metros, la onda reflejada puede duplicar la tensión pico en los bornes (alcanzando 1,350 V en sistemas de 480 V o 2,600 V en sistemas de 1,000 V). El aislamiento EPR de grado minero TEBAOFLEX en clase 2,000 V (80 a 95 mils) y 5,000 V (110 mils) ofrece una rigidez al impulso mayor a 28 kV/mm, evitando fallas por efecto corona.
3. Protección de los rodamientos de la caja reductora: Los dos conductores de tierra (G) simétricos y las tres pantallas metálicas forman un camino de retorno de baja impedancia. Esto desvía las corrientes parásitas antes de que piquen las pistas de los rodamientos planetarios del cabezal.

Tabla de Selección de Cables por Modelo de Raise Borer (Robbins / Epiroc)

La siguiente tabla relaciona cada modelo de perforadora contracielo con su demanda eléctrica y la configuración recomendada según ICEA S-75-381 / NEMA WC 58 Tabla H-1 (sitio externo) (conductor a 90 °C, ambiente de 40 °C y factor 0.80 para dos ternas en paralelo):

Verificación en Planta: Datos Originales de Ensayos FAT en Cables de Gran Calibre para Raise Boring

Datos de laboratorio FAT: Para documentar el desempeño de nuestros cables en proyectos verticales de Zacatecas y Chihuahua, presentamos la metodología de pruebas de aceptación en fábrica (FAT). Evaluamos seis tramos de Tipo G-GC 2000V 3x350 kcmil + 2x2 AWG (G) + 1x8 AWG (GC) y cuatro tramos de Tipo SHD-GC 5kV 3x2/0 AWG + 2x4 AWG (G) + 1x8 AWG (GC).

En planta medimos el 100% (TEBAOFLEX FAT, 2026) de las bobinas antes de su despacho a mina bajo las normas ICEA S-75-381 (sitio externo), ASTM D471 (sitio externo) y MSHA 30 CFR Parte 7 (sitio externo):

1. Resistencia en CC y equilibrio de impedancia para operación en paralelo: En los seis tramos de 3x350 kcmil cortados a 85.0 metros para un equipo Robbins 83RH-C, la resistencia en CC a 20 °C promedió $0.0982\ \Omega/\text{km}$. Este valor es un 4.7% (TEBAOFLEX FAT, 2026) menor al límite de $0.103\ \Omega/\text{km}$ para cobre estañado. La dispersión entre ternas apareadas fue inferior al 0.35% (TEBAOFLEX FAT, 2026), asegurando un reparto simétrico de corriente sin sobrecalentamiento.
2. Inmersión en lodos de perforación, aceites hidráulicos y agua ácida (ASTM D471): La plataforma del Raise Borer evacúa agua de barrido mezclada con sílice, polímeros y aceite hidráulico ISO VG 68. Por ello, sumergimos probetas de la cubierta CPE Termofijo EHD en aceite IRM 902 a 121 °C durante 18 horas y en agua ácida (pH 3.2) por 168 horas. La cubierta retuvo el 91.4% (TEBAOFLEX FAT, 2026) de su resistencia a la tracción (frente al 60% (ICEA S-75-381, 2021) mínimo de ICEA), con una hinchazón volumétrica menor al 6.2% (TEBAOFLEX FAT, 2026).
3. Ensayo de alta tensión en CA y descarga parcial: Todos los carretes de Tipo G-GC 2000V 3x350 kcmil superaron 6,000 V CA durante 5 minutos, con resistencia de aislamiento mayor a $1,950\ \text{M}\Omega\cdot\text{km}$. Los tramos primarios de SHD-GC 5kV superaron 18,000 V CA durante 5 minutos con descarga parcial inferior a 1.9 pC (un 62.0% (TEBAOFLEX FAT, 2026) bajo el límite de 5 pC).

Recomendaciones de Instalación en Cámara de Raise Borer bajo NOM-023-STPS-2012

Para lograr cero interrupciones durante las semanas de rimado ascendente y cumplir con el Capítulo 10 de la NOM-023-STPS-2012 (sitio externo), recomendamos cuatro prácticas de campo:

1. Apareamiento estricto en tendidos paralelos: Al instalar dos ternas en paralelo (como 2 x 3x350 kcmil en 480 V), ambos cables deben pertenecer al mismo lote y cortarse a la misma longitud ($\pm 0.15\ \text{m}$). Tienda ambas ternas con idéntica geometría sobre el hastial y nunca mezcle calibres distintos.
2. Elevación sobre el nivel de lodos y cunetas: En la cámara superior, los cables entre el paquete hidráulico, el gabinete VFD y el bastidor no deben quedar sumergidos en el canal de lodos. Utilice soportes aéreos o charolas con radio de curvatura mínimo de 8 a 10 veces el diámetro exterior ($8 \times D$).
3. Prensaestopas con alivio de tensión (*Cord Grips* con malla Kellums): Debido al peso de los calibres 350 kcmil (8.9 kg/m) y 500 kcmil (11.8 kg/m), cada llegada al gabinete debe incluir prensaestopas IP68 con malla de soporte de acero inoxidable. Esto evita que el peso mecánico fatigue las terminales bimetálicas.
4. Verificación semanal del relé de monitoreo de tierra (GC): Antes de iniciar el rimado ascendente tras concluir el barreno piloto, pruebe el disparo del relé de falla a tierra y del lazo piloto GC. Verifique que la resistencia del bucle sea inferior a $1.5\ \Omega$.

Si su contratista de desarrollo vertical o unidad minera proyecta nuevas chimeneas de ventilación, póngase en contacto con ingeniería de TEBAOFLEX. Realizamos el cálculo de caída de tensión sin costo y suministramos cables Tipo G-GC, cables SHD-GC y cables Tipo W cortados a la medida.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

¿Por qué se prefiere tender dos cables de 350 kcmil en paralelo en lugar de un solo cable gigante para un Raise Borer de 400 kW a 480 V?

Un cable tripolar único para más de 650 A tendría un diámetro cercano a 95 mm y pesaría más de 15 kg/m, siendo imposible de maniobrar en estocadas estrechas. Tender dos cables Tipo G-GC o SHD-GC de 3x350 kcmil en paralelo (66.8 mm de diámetro cada uno) entrega 696 A efectivos (factor 0.80 según ICEA S-75-381, 2021). Además, reduce la reactancia inductiva a la mitad y facilita la conexión en el gabinete.

¿Qué diferencia técnica existe entre alimentar un Raise Borer a 480 V frente a 1,000 V CA?

Al elevar la tensión de 480 V a 1,000 V CA (frecuente en equipos Robbins 73RH-C, 83RH-C y Epiroc), la corriente de línea disminuye en un 52.0% (ICEA S-75-381, 2021). Esto permite reemplazar un tendido doble de 3x350 kcmil por una sola terna apantallada SHD-GC 2,000 V calibre 3x250 kcmil. Así se reduce el peso de cobre en un 64.0% (TEBAOFLEX FAT, 2026) y la caída de tensión baja a menos del 1.0% (IEEE 141, 2022).

¿Es obligatorio usar cable apantallado SHD-GC cuando el Raise Borer cuenta con variador de frecuencia (VFD)?

En el tramo entre el variador de frecuencia (VFD) y el motor de rotación del cabezal, el cable apantallado Tipo SHD-GC 2,000 V es altamente recomendable. Su pantalla metálica de cobre estañado por fase (con cobertura mínima del 60% (ICEA S-75-381, 2021)) confina las emisiones de alta frecuencia generadas por los pulsos IGBT. Así protege la instrumentación electrónica del Raise Borer y drena las corrientes de modo común.

¿Cómo se protege el cable alimentador contra la abrasión y el agua ácida en la losa de concreto del Raise Borer?

Durante el barreno piloto y el rimado, la plataforma recibe lodos abrasivos con sílice, agua ácida y aceites hidráulicos. Nuestros cables Tipo G-GC y SHD-GC cuentan con cubierta de doble capa de Polietileno Clorado Termofijo de Grado Extrapesado (CPE EHD) vulcanizada con malla de refuerzo. Esta cubierta supera los 18.8 MPa de tracción (ASTM D412, 2023) y posee aprobación de autoextinción de flama MSHA 30 CFR Parte 7.