Aforo Base Definitiva 2.0

Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniera Departamento de Minas Laboratorio de Servicios Generales Mina

2012 Aforo Mina El Pimiento

Integrantes: Araya, Camila Contreras, Constanza Valds, Diego Vargas, Eduardo Zamorano, Pedro Asignatura: Servicios Generales de Minas

Profesor: Omar Gallardo

Fecha de entrega: 6 de Julio del 2012

Aforo Mina El Pimiento 2012

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Resumen Ejecutivo.

El presente trabajo corresponde al aforo realizado el da tres de Mayo del ao 2012 en la mina de oro El Pimiento, en la zona de Chancn, VI regin de Chile.

Se midieron temperaturas hmeda y seca tanto fuera como en diferentes puntos al interior de la mina, donde tambin se tomaron las medidas de altura y permetro aproximado del perfil de la galera en estos lugares. Adems, se recopil informacin de la presin y la velocidad del flujo de aire, a travs de los recodos del primer tramo de la faena. Las medidas se separan en tramos (puntos) a travs de sus galeras.

Para realizar el aforo completo de toda la mina, se averigu la cantidad de gente que trabaja dentro de la mina, los equipos diesel que operan constantemente en esta, las tronaduras realizadas por da y la cantidad y tipo de explosivo utilizado por cada tronadura.

Posteriormente se realizaron los clculos relacionados con la ventilacin (caudal, prdidas de carga por friccin y choque, cadas de presin, presin, etc.) para as poder efectuar un anlisis de ventilacin de la mina y saber el caudal necesario que requiere la mina para poder trabajar en condiciones aceptables de cantidad de aire fresco y aire viciado admisible segn las leyes establecidas por la Republica de Chile (DS 132/04y DS 594/00).


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ndice.

Tema Pgina

1. Introduccin 3

2. Objetivos 4

3. Instrumentos utilizados 5

4. Marco terico 6

5. Desarrollo 8

5.1. Toma de datos 8

5.2. Clculo de coeficientes de McElroy 9

5.3. Clculo de cadas de presin 11

5.3.1. Cada de presin dinmica 11

5.3.2. Prdidas por roce 12

5.3.3. Prdidas por choque 12

5.3.4. Cada total 13

5.4. Requerimientos de caudal 14

6. Conclusiones 16

7. Bibliografa 17

8. Anexos 18


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1. Introduccin.

Durante el proceso que ha significado cursar la asignatura de Servicios Generales de Minas hemos observado y estudiado diferentes aplicaciones de la ciencia a esta rea. En el fondo, todas estas herramientas que poseemos nos permiten desde ya realizar un trabajo completo en la evaluacin y planificacin del sistema de ventilacin de una determinada mina. Y especficamente con el trmino de evaluacin, nos adentramos en el concepto de Aforo.

Entendemos por aforo al estudio que realizamos para determinar las necesidades de los servicios generales de ventilacin que se presentan en una faena minera subterrnea. Bajo esta definicin, nuestra labor es medir con exactitud y efectuar los clculos con la precisin de un ingeniero para que el trabajo en tal lugar sea viable. La importancia radica en que gracias a nuestro razonamiento y aplicacin correcta de las herramientas, podemos determinar si en las condiciones actuales de una mina sus interiores son transitables.

El desarrollo de la minera subterrnea y sus labores al interior de la tierra, deben contar con una seguridad establecida por parmetros adecuados para la preservacin de la vida de sus trabajadores, tal y como queda establecido en las leyes que rigen nuestro sistema. Por tal razn es que existen una serie de estudios cientficos que nos ayudan a determinar los niveles mnimos que se deben cumplir al interior de una faena subterrnea para que se esta sea operacional.

Uno de estos factores es la ventilacin, la cual en una mina subterrnea es de suma importancia puesto que permite respirar aire fresco, tener buena visibilidad y estar en buenas condiciones de trabajo, por el contrario, si el flujo de aire en la mina es insuficiente, resulta fatal para los trabajadores.

Entonces resumiendo, nuestra labor actual es la de determinar el nivel de ventilacin presente en la mina en estudio y evaluar si es el adecuado para su funcionamiento.

Llegado a la recta final del curso, es momento de dar trmino al aforo realizado en terreno a la mina El Pimiento, el cual comenz el da tres de Mayo del 2012 con nuestra visita. Tal aforo y su desarrollo se entregan en el siguiente informe.


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2. Objetivos. Objetivo general:

Realizar aforo de ventilacin en la mina El Pimiento en la zona de Chancn, VI regin de Chile.

Objetivos especficos:

Aplicar los conocimientos adquiridos en la ctedra y las experiencias de laboratorio, en una

situacin real.

Aprender el uso correcto de los instrumentos, para obtener los datos de la forma ms precisa

correcta.

Reconocer las caractersticas del yacimiento, para idear un posible sistema de ventilacin.

Tener en cuenta cuales son los errores que se generan al llevar a cavo mediciones como estas,

para tener especial cuidado en estos detalles.

Determinar presin atmosfrica, temperatura seca y hmeda , adems de velocidades de flujo

de aire en diferentes secciones de la mina.

Determinar la humedad relativa del ambiente para cada punto de aforo.

Determinar la densidad del aire para cada punto de aforo.

Determinar el caudal dinmico.

Determinar las perdidas totales, adems de la perdida de cada, por friccin y por choque.

Determinar la resistencia de la galera.


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3. Instrumentos utilizados.

Anemmetro o Altmetro: Se basa en un cilindro sobre el cual la presin atmosfrica ejerce una fuerza, por lo cual el cilindro tiene a deformarse y eso produce el movimiento de una aguja que nos indicar la presin del lugar. Para utilizarlo primero debemos ver si la escala esta entre el 0 y el 85 entonces usamos las medidas que estn hacia afuera, si por el contrario la aguja negra esta entre el 85 y el 160 se lee las unidades del interior. Para tener una lectura mas precisa hay que coincidir la aguja con el reflejo de la misma sobre un espejo que contiene el altmetro. Las medidas son entregadas en pulgadas de mercurio.

Psicrmetro: Instrumento utilizado para medir la temperatura seca y hmeda de un lugar determinado. Consiste en dos termmetros, uno de bulbo seco y otro de bulbo hmedo que est revestido con una tela, estos nos entregan las temperaturas seca y hmeda respectivamente.

Su funcionamiento consiste en mojar la tela, luego dar 30 vueltas y se lee la temperatura hmeda, luego volvemos a dar vuelta y registramos nuevamente la temperatura hmeda, si est es menor a la observada en las primeras vueltas, consideramos la ms baja, una vez hecho esto observamos la temperatura seca del segundo termmetro. En nuestro caso la unidad de medida estaba en grados Celsius.

Anemmetro: Los Anemmetros de Rueda Alada son instrumentos para la medicin de la velocidad del viento y del caudal volumtrico con sensor de rueda alada. Estos aparatos obtienen una precisin mxima en velocidades a partir de 0,25 m/s.

Huincha: Instrumento para medir distancias, graduado en sistema mtrico. Lpiz y cuaderno: Usados para guardar los registros de todos los datos registrados Reloj: Utilizado para registrar el tiempo transcurrido al usar el anemmetro y la hora de

cada medicin.


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4. Marco Terico.

Para obtener las perdidas de carga en un sistema de ventilacin recurrimos a la Ley de la Ventilacin (Atkinson), la cual viene dada por

! ! !

Donde:

R: resistencia de la galera Q: Caudal de la galera A su vez la resistencia se expresa con la siguiente ecuacin

Donde: K: coeficiente de resistencia aerodinmico o de friccin de la galera corregido L: largo de la galera Le: largo equivalente P: permetro de la galera A: seccin transversal El coeficiente de McElroy corregido

Con los siguientes datos:

= densidad del aire = constante (valor tabla)

El largo equivalente se calcula de la siguiente forma.

Donde: : Densidad X: Coeficiente geomtrico Kc: Constante de McElroy corregido P: Permetro de la seccin


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A: rea de la seccin

El coeficiente geomtrico lo despejaremos usando:

X=Hx/Hv

Cada trmino de la ecuacin se explica a continuacin:

Perdida de carga por efecto de choque (HX): Se obtiene de la siguiente frmula:

Donde: P: Permetro de la seccin L: Largo de la galera V: Velocidad del flujo Q: caudal del flujo Kc: Constante de McElroy corregido Caudal dinmico ( ) Se obtiene de la siguiente frmula:

! ! ! ! !!

!"#$)!

Donde: V: velocidad del flujo de aire (ft/min) : densidad del aire (lb/ ft^3)

Y el caudal se representa mediante la ecuacin:

= ! !

Donde: V=velocidad de la galera A= rea de la galera Tomando en cuenta que las ramas en la red son ramas pasivas debemos restarle a la cada

natural. En el caso de las ramas pasivas, las cuales no tienen ni ventilador ni reguladores.

= !


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5. Desarrollo. 5.1. Toma de datos

El da tres de mayo del presente ao fuimos a medir datos de la mina el pimiento ubicada en la zona de Chancn, VI regin de Chile.

Obtenemos un promedio de las velocidades y el rea para calcular una aproximacin del caudal por los tramos.

V=28 m/min

rea estimada=5,888 m2

Q=28m/min*5,888m2=164,864m3/min Q = 5822,12268 cfm

Ahora procederemos a trabajar con estos datos, con el fin de calcular las cadas de presin en

cada tramo. Primero debemos recalcular las reas, ya que las reflejadas en las tablas presentan un error al

considerar todas las galeras cuadradas y regulares. Adems hay que calcular los permetros de cada tramo

Instrumento utilizado

psicmetro Psicmetro Anemmetro Aneroide huincha

huincha reloj

Datos Temperatura seca(C)

Temperatura hmeda(C)

Velocidad (m/min)

Presin instrumental (in Hg)

Largo(cm)

Altura(cm)

Hora medicin

Punto 1 12,8 11,3 28 27,35 230 260 13:48 Punto 2 12,9 12 45 27,35 240 236 13:42 Punto 3 13,2 12,1 4 27,35 139 125 13:35 Punto 4 13 11,9 43 27,3 252 235 13:31 Punto 5 13,5 12 53 27,35 230 216 13:19 Punto 6 13,5 11,5 24 27,35 290 275 13:12 Punto 7 13,5 12,1 12 25,25 409 290 12:43 Punto 8 13 12 23 27,25 310 220 12:35 Punto 9 13,9 11,9 21 27,35 220 240 12:12 Punto 10 14,3 12 19 27,35 280 215 11:58 Punto 11 14 11 6,5 27,3 210 380 11:33 Punto 12 14,2 12,3 7,9 27,4 205 260 11:22


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5.2. Clculo de coeficiente de McElroy

Con este valor, podemos obtener el coeficiente de McElroy corregido, el cual ser igual a:

Densidad del aire ()

Tramo rea(m2) Permetro(m) Largo(m) 1-2 4.15255 8.21275 7.9 2-3 2.5443 5.8614 5.4 3-4 2.34345 5.58315 4.2 4-5 4.23795 8.10835 36.3 5-6 5.8201 9.39535 22 6-7 6.927 10.1413 17,1 7-8 8.69575 11.40315 26,5 8-9 7.68705 10.6449 5,1 9-10 5.8527 9.7252 10,2 10-11 7.9641 11.7229 9 11-12 8.16375 11.63655 7,6

Punto Tipo de Roca

Curvado o Recto Obstruccin Superficie Envolvente(irregularidad)

K*10^-10(lb*min/ft4)

1 gnea Moderadamente curvada

Ligera (


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= ! ,!"#! !

* ! ! ! ! !! ,378 ! !!!

Donde:

Td= temperatura absoluta seca (R) P0= presin atmosfrica del lugar (in de Hg) P`s= presin de saturacin del vapor de agua a temperatura hmeda (in de Hg)

Ya que las presiones que tenemos son instrumentales, debemos llevarlas a presiones reales usando la formula obtenida en el primer laboratorio:

!" = ! ! ! !!!!" !!" ! ! !!"#$

! !!!"#! !!" !!!"

Donde:

Pr: Presin Real

Pi: Presin instrumental

F = 1.8 C + 32; R=F+460

Obtenemos la siguiente tabla con los coeficientes corregidos:

Datos Temperatura seca (R)

Temperatura hmeda

(F)

Ps (in Hg) Presin real (in Hg)

(lb/ ft3) K corregido

Punto 1 515,04 52.34 0,3903 27,87 0,0713 99,8544 Punto 2 515,22 53.60 0,4200 27,87 0,0713 152,0444 Punto 3 515,76 53.78 0,4200 27,87 0,0712 151,8852 Punto 4 515,40 53.42 0,4049 27,88 0,0713 194,8122 Punto 5 516,30 53.60 0,4200 27,87 0,0711 199,1408 Punto 6 516,30 52.70 0,4049 27,87 0,0711 161,2424 Punto 7 516,30 53.78 0,4200 28,07 0,0716 152,8156 Punto 8 515,40 53.60 0,4200 27,88 0,0713 194,8054 Punto 9 517,02 53.42 0,4049 27,87 0,0710 146,8104 Punto 10 517,74 53.60 0,4200 27,87 0,0709 184,4022 Punto 11 517,20 51.80 0,3903 27,88 0,0710 184,7010 Punto 12 517,56 55.22 0,4356 27,87 0,0709 137,1146


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5.3. Calculo de Cadas de presin.

Los clculos se realizan siempre en el sistema ingls.

5.3.1. Cada de presin dinmica (HV).

Este dato se obtiene mediante el uso de la siguiente frmula:

! ! ! ! !!

!"#$! !

Donde:

! = densidad del aire (lb/ft3)

! = Velocidad del flujo de aire (ft/min)

Las velocidades corresponden al promedio de velocidad medido entre los dos puntos

que componen un tramo.

Los datos calculados y el resultado de la cada dinmica se muestran en la siguiente

tabla:

Tramo Velocidad(ft/min) (lb/ ft3) HV(in H2O) 1 - 2 119,750659 0,0713 8,4809E-04 2 - 3 80,380579 0,07125 3,8184E-04 3 - 4 27,099739 0,07125 4,3402E-05 4 - 5 157,480318 0,0712 1,4646E-03 5 - 6 126,312338 0,0711 9,4093E-04 6 - 7 59,055119 0,07135 2,0640E-04 7 - 8 57,414699 0,07145 1,9536E-04 8 - 9 72,178479 0,07115 3,0746E-04 9 - 10 65,616799 0,07095 2,5338E-04 10 - 11 41,830709 0,07095 1,0298E-04 11 - 12 23,622048 0,07095 3,2838E-05


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5.3.2. Prdidas por roce (Hf).

Calculamos las velocidades promedio entre dos puntos que componen un tramo y las llevamos a la unidad de sistema ingls. Tambin obtenemos un promedio de K corregido de la misma forma.

Obtenemos la prdida por roce mediante frmula:

5.3.3. Cadas por choque (HX)

Podemos obtener las prdidas por choque mediante la frmula:

Obtenemos la siguiente tabla:

Tramo rea (ft2) Permetro (ft) Q (cfm) Kc prom Largo (ft) HX(in H2O) 1-2 44,69768 26,94472 5.352,5766 125,9494 25,919 0,00072707 2-3 27,38662 19,23032 2.201,3524 151,9648 17,717 0,0002175 3-4 25,22469 18,31742 683,5825 173,3487 13,779 2,201E-05 4-5 45,61691 26,6022 7.183,7655 196,9765 119,090 0,00797357 5-6 62,64704 30,82464 7.913,0941 180,1916 72,178 0,00229361 6-7 74,56161 33,27198 4.403,2448 157,0290 56,102 0,00029514 7-8 93,60027 37,41191 5.374,0313 173,8105 86,900 0,00043457 8-9 88,41422 36,27133 6.381,6039 170,8079 16,730 0,00013206 9-10 68,68944 33,2541 4.507,1812 165,6063 33,465 0,00029238 10-11 85,72486 38,46096 3.585,9317 184,5516 29,520 0,00012437 11-12 87,87387 36,17766 2.075,7608 160,9078 24,934 1,9968E-05

Tramo rea (ft2) Largo (ft) Permetro (ft) V prom (ft/min) Kc prom Hf (in H2O) 1-2 44,69768 25,9186 26,94472 119,750659 125,949416 0,00054269 2-3 27,38662 17,717 19,23032 80,380579 151,964797 0,0002349 3-4 25,22469 13,779 18,31742 27,099739 173,348719 2,4496E-05 4-5 45,61691 119,09 26,6022 157,480318 196,976532 0,00652425 5-6 62,64704 72,178 30,82464 126,312338 180,191636 0,00196347 6-7 74,56161 56,102 33,27198 59,055119 157,028998 0,00026365 7-8 93,60027 86,9 37,41191 57,414699 173,810483 0,00038271 8-9 88,41422 16,73 36,27133 72,178479 170,807925 0,00011745 9-10 68,68944 33,465 33,2541 65,616799 165,606304 0,00022215 10-11 85,72486 29,52 38,46096 41,830709 184,551602 8,225E-05 11-12 87,87387 24,934 36,17766 23,622048 160,907827 1,7725E-05


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5.3.4. Cada total (HL).

Finalmente realizamos los clculos pertinentes segn las resistencias y los dems datos calculados para conseguir la cada total.

Tramo Hx(in H2O) Hv(in H2O) X Le (ft) L+Le (ft) HL(in H2O) R(atk) 1-2 7,2707E-04 8,4809E-04 0,8573 34,7248 60,6434 1,2698E-03 4,4320E-11

2-3 2,1750E-04 3,8211E-04 0,5692 16,4045 34,1215 4,5240E-04 9,3355E-11

3-4 2,2010E-05 4,3433E-05 0,5068 12,3802 26,1592 4,6506E-05 9,9524E-11

4-5 7,9736E-03 1,4646E-03 5,4441 145,5450 264,6350 1,4498E-02 2,8093E-10

5-6 2,2936E-03 9,4093E-04 2,4376 84,3139 156,4919 4,2571E-03 6,7986E-11

6-7 2,9514E-04 2,0654E-04 1,4289 62,8009 118,9029 5,5879E-04 2,8821E-11

7-8 4,3457E-04 1,9550E-04 2,2229 98,6753 185,5753 8,1728E-04 2,8299E-11

8-9 1,3206E-04 3,0767E-04 0,4292 18,8109 35,5409 2,4951E-04 6,1267E-12

9-10 2,9238E-04 2,5356E-04 1,1531 44,0448 77,5098 5,1454E-04 2,5328E-11

10-11 1,2437E-04 1,0305E-04 1,2069 44,6361 74,1561 2,0662E-04 1,6068E-11

11-12 1,9968E-05 3,2862E-05 0,6076 28,0891 53,0231 3,7692E-05 8,7478E-12

Adems, podemos realizar el clculo de la cada natural de la mina, ya que conocemos las densidades del aire de la entrada y salida de los tramos, tenemos el largo total y podemos aplicar la frmula:

! ! ! !!

! !!! (! ! ! ! ! !

Con lo cual nos queda la siguiente tabla:

w salida (lb/ft3) w entrada (lb/ft3) L total (ft) Req (atk) Hn (inH2O) Caudal Natural (cfm)

0,071 0,0713 496,3336 6,9951E-10 0,02863463 6398,08899

Donde Req corresponde a la resistencia equivalente, en este caso la suma de todas las resistencias pues nos encontramos con un circuito en serie. Luego, con la resistencia equivalente y la cada natural

es posible calcular el caudal natural que se encuentra presente en la mina.


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5.4. Requerimientos de caudal

Para satisfacer las necesidades de aire presentes en la mina El Pimiento debemos tener conocimiento del caudal de aire requerido mnimo por equipo y por hombre trabajando en las instalaciones.

Para calcular el caudal requerido por equipos usamos:

diesel = ! ! ! 1100+! ! ! 0,75100+ ! ! ! 0,5100+ ! ! ! 0,5100++! ! ! 0,5100

Comenzando con los equipos de mayor BHP(Brakehorsepower)

Y para calcular el caudal requerido para los trabajadores:

! hombre = n 100

Siendo n el nmero de hombres

En la mina haba:

4 personas trabajando:

Perforista y ayudante perforista Operador maquinaria de transporte Jefe Minero

2 equipos diesel:

1 Camion de transporte: 120 BHP 1 Scoop: 80 BHP

Llevando estos datos a la ecuacin obtenemos.

! !"#$#% ! !"# ! 1 !"" ! !" ! ! !!" ! !"" ! !"### ! !"#

! !"#$%& ! ! ! !"" ! !"" ! !"#

! !"!#$ ! !"#$$ ! !"#

Por otro lado, el requerimiento de caudal para ventilar el frente de trabajo, se calcula con la

siguiente relacion:

! !! ! ! !""

! ! !""

Y se saben los siguientes datos:


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A = 25 (kgs), explosivos quemados

a = 988 (L/kg), dato entregado por el fabricante que depende del tipo de explosivo

(HANFO).

t = 60 min, tiempo de reentrada

LPP = 4000 ppm, establecido por ley

Por lo tanto:

! ! !!" ! !" ! !!"" ! !

!

!" ! !""

!" ! !"# ! ! !""" 10! ! ! !!"# !!" !! !

!"# ! !"!# !!" ! !"#

En conclusion, el caudal requerido dentro de la mina es el caudal que requieren los equipos diesel

y el personal que trabaja en dentro de la mina.


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6. Conclusin.

Se concluye que el uso de ventilacin natural en la mina no debiera ser el mtodo de ventilacin, debido a los requerimientos de aire que requiere la mina, sobre todo en la zona ms interna.

Cabe destacar que el comportamiento del aire no es homogneo, por lo que cualquier variacin en la de temperatura durante el da afecta la ventilacin. Esta situacin puede colocar en riesgo al personal, afectando el rendimiento de su trabajo y aumentando el riesgo de intoxicacin que podra llegar hasta la muerte si los niveles de gases son muy altos.

El aire en las primeros niveles de la mina es fresco y sin problemas de ventilacin pero en los niveles ms interiores hay una prdida de flujo de aire hasta llegar al frente en donde el calor es notorio y el uso de los equipos en el interior de la mina generan un aumento de la temperatura notable y, al mismo tiempo, la sensacin de falta de aire. Por lo que se recomienda no usar ms equipos de los que estn funcionando dentro de la mina, ya que de no ser as el aire al interior de sta ser insuficiente y se deber instalar algn sistema de ventilacin artificial.

Al realizar la salida a terreno, en primera instancia se estim el caudal que pasa por cada galera siendo en promedio 5822,12268 cfm. El caudal promedio por tramos en nuestro estudio actual es de 4514,7386 cfm, comprometiendo un error de 1307,38408 cfm, lo que demuestra lo lejano de la aproximacin inicial.

Finalmente como el caudal tiende a disminuir hacia el interior segn los datos calculados, se recomienda implementar a lo menos un ventilador en la mina. La seleccin del ventilador va a depender de las cadas en la mina y del caudal requerido para cierto lugar de la mina, los puntos operacionales dependen del caudal y la cada, con estos datos ms la densidad del aire, se puede realizar la seleccin del mejor ventilador para la mina.

Todo esto con el fin de evitar posibles intoxicaciones y multas por parte de organismos fiscalizadores.


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7. Bibliografa.

Hartman, Howard L., Mutmansky, Jan M., Ramani, Raja V., Wang, Y. J. (1997). !"#$%&$#"()"*#%)#+%,"-%.*#+""*#"#/%01"-+%$+""*#23Jhon Wiley & Sons, Inc.


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8. Anexos.

Tabla donde se encuentra el coeficiente de McElroy(K) en funcin de las irregularidades, obstruccin y curvaturade cada tramo.

Aforo Base Definitiva 2.0

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