EVALUACION DE LAS NECESIDADES DE AIRE COMPRIMIDO

El análisis y evaluación del sistema de aire comprimido de la unidad minera " San Francisco 5 " nos indican que el aire comprimido está formado actualmente por un solo sistema, ya que se tiene una sola compresora I.G.R - 250 que posee una capacidad placa de 250 CFM y alimenta a dos labores :

LABOR NECESIDAD ( CFM ) PRODUCCION ( CFM ) DEFICIT ( CFM )

Gina 150 225 + 75

Jessica 150 + 100 225 - 25

Déficit General Cero Con rendimiento 90 % de la capacidad placa 250

Para la ejecución del proyecto que nos ocupa, es necesario adquirir otra compresora de 185 CFM que nos permitiría realizar la " Cortada Esperanza " y las demás labores de bloqueo proyectadas para la cubicación de nuevas reservas necesaria para prolongar la vida de la mina.

Las redes de tuberías estarán compuestas por tuberías de 2 "O hasta distancias cercanas a 50 mts de los frentes de trabajo donde se usarán mangueras flexibles de 50 mts como máximo.Para un mejor drenaje del agua del sistema de aire se instalará un tanque de 3 m3 en el punto topográfico # 3 (winche 1).

La inversión que requiere la adición del nuevo compresor se justifica por el mayor rendimiento que se obtendrá con las máquinas neumáticas que redundará en un mayor avance en las labores de exploración y desarrollo, asicomo en un mayor tonelaje roto por máquina-guardia, lo que con una adecuada supervisión debe llegar a satisfacer los requerimientos de producción planeadas.

La capacidad de las compresoras puede determinarse por las pruebas de bombeo, que consisten en la observación del tiempo que necesita la compresora para llenar el tanque de almacenamiento de aire comprimido a una presión pre-establecida en función del valor regulado en las válvulas de seguridad, a partir del cual la compresora comienza a trabajar en vacío. Resultados de la prueba (Anexo 1, al final)

COMPRESORACAPACIDAD PLACA

( CFM )CAPACIDAD MEDIDA

( CFM )RENDIMIENTO

( % )

# 1 250 225 90

V ( Pf - Pi ) C = Po . T

C = Capacidad en pies cúbicos / min.V = Volumen en pies cúbicos.Pf = Presión final en lbs / pulg2.Pi = Presión inicial en lbs / pulg2.Po = Presión atmosférica en lbs / pulg2.T = Tiempo en minutos.

( x ) C. Promedio , C . Teórico , entonces, se puede calcular el Rendimiento en porcentaje.

Pérdidas de volumen por Escape:

Se verifican mediante la prueba de estabilización de presiones por consumo.

COMPRESORCONSUMO

( CFM )PRESION DE ESTABILIZACION

( lb / pulg2 )

# 1350.097.5

17.066.0

Para un consumo uniforme de aire por escapes ( fugas ), la relación entre presión y volumen es lineal. Para una presión de 80 lb/pulg2 ( presión de trabajo actual ) el volumen de aire que se descarga por fugas es ...... CFM.

Las causas principales de las pérdidas de aire son : Uniones y coplas mal instaladas. Coplas que no sellan herméticamente. Utilización de válvulas desgastadas o malogradas. Excesivo uso de aire para ventilación ( barrido después de la voladura ).

Consumo de Aire Comprimido

El consumo de los diferentes equipos neumáticos fue medido mediante un medidor de flujo, previa estabilización de presiones, el resultado se muestra a continuación :

EQUIPOPRESION

( lb / pulg2 )CONSUMO

( CFM )

Perforadoras 70 150

Winche 70 250

Afilador de Barrenos 50 50

Balance de AireLa determinación de la producción de aire comprimido se efectúa en función de las horas trabajadas ( según reportes de compresorista ) :

COMPRESORACAPACIDAD

MEDIDA( CFM )

HORAS TRABAJADASPOR MES

PROMEDIO MENSUAL

( PIES CUBICOS )#1 330 359 7108200#2 990 475 28215000#3 975 486 28431000

Balance General : Producción Real (medida ).....................................................................2295 PCM (P1) Pérdidas por Escapes ( medidas ) ..........................................................1150 PCM Pérdidas Permisibles ( 15 % de consumo ) ......... ..................................345 PCM (P2) Aire Recuperable .............................................. .....................................805 PCM Consumo de Aire en mina y superficie .................................................2205 PCM (P3) Necesidad Real de Aire Comprimido ....................................................2550 PCM (P2 + P3 = P4) Déficit de Aire Comprimido.......(2550 – 2295)........................................255 PCM (P4 – P1)

Agua en el Sistema de Aire Comprimido

En función de aire comprimido y las condiciones climatológicas de la mina se determina que 40 galones de agua en forma de vapor son transportados por las tuberías ocasionando el lavado de los lubricantes y como consecuencia un desgaste más rápido de las piezas del equipo neumático.

Con la finalidad de disminuir este efecto es conveniente instalar tanques receptores de +/- 2 m3 de capacidad, en los que se instalan cisternas automáticas de drenaje. Estos tanques deben estar instalados de preferencia en los lugares donde el vapor de agua se halla condensado.

Trabajo del Equipo

Debido a lo alejado de las labores y al consumo de los terminales ( máquinas de trabajo ) se tiene una pérdida de presión por fricción, obligando a que en algunas labores se tenga que alternar el trabajo de las máquinas, para que éstos puedan operar sin restricciones por falta de energía ( aire comprimido ).

Como ejemplo de variación de rendimiento a diferentes presiones de una perforadora trabajando en roca semidura tenemos :

a 80 psi .............. 16.8 pulg / min.Velocidad de penetración

a 65 psi .............. 12.0 pulg / min.

Fórmula para el cálculo de Pérdida de Presión

Q 1.85 x L p = 0.0007 x d 5 x Po

donde : Q = Consumo en pies cúbicos / minuto.

L = Longitud de la tubería con accesorios en piesd = Diámetro interior de la tubería en pulgadas = 2 .Po = Presión inicial = 100 lb / pulg2.p = Pérdida de presión en lb / pulg2.

Factor de Simultaneidad de Máquinas de Trabajo

Las pérdidas de presión se han calculado considerando los consumos de las máquinas medidas en las labores los que han sido modificados por el factor de simultaneidad de trabajo, el cual varía con el número de máquinas en la red.

Tabla VIII

FACTORES DE SIMULTANEIDAD PARA CONSUMO ( Referencia :compresor Air Data )

# Maquinas

Factor de Corrección

Equivalente # MáquinasFactor de corrección

Equivalente

1 1.0 1.0 16 0.62 9.902 0.9 1.8 17 0.61 10.303 0.9 2.7 18 0.60 10.804 0.85 3.4 19 0.59 11.205 0.82 4.1 20 0.58 11.706 0.80 4.8 21 0.58 11.707 0.77 5.4 22 0.57 12.508 0.75 6.0 23 0.57 13.109 0.73 6.5 24 0.56 13.4410 0.71 7.1 25 0.56 14.0011 0.69 7.6 26 0.55 14.3012 0.67 8.1 27 0.55 14.8513 0.65 8.5 28 0.54 15.1214 0.64 9.0 29 0.54 15.6615 0.63 9.5 30 0.53 15.80

Consumos

A su vez los consumos han sido clasificados en : Consumo actual, que constituye el consumo que se determina por el número de máquinas que se encontró trabajando en el

momento del levantamiento. Este consumo totaliza en mina ........ pies3 / min, para .......... máquinas en trabajo, lo que da un total necesario de ........ pies3 / min.

Consumo proyectado, que constituye el consumo actual más laas máquinas que estaban paradas en labores y algunas labores proyectadas a iniciarse a corto plazo, que vendría ser también el máximo de máquinas que podrían entrar en operación a un mismo tiempo, en un determinado ramal. El consumo total obtenido así no es representativo de la necesidad de aire comprimido.

Distancias

La longitud ( pies ) que se considera para la fórmula es la longitud de tuberías más un adicional por longitud equivalente de accesorios ( válvulas, codos, reducciones, etc ) el cual se obtiene para cada tramo.

Pérdidas de Presión

Se considera deficitarias a las líneas cuya caída de presión entre la descarga de compresoras y el frente de trabajo es de más de 10 lbs/pulg2 para el consumo actual y de más de 15 lbs/pulg2 para el consumo proyectado. Se ha tomado estos valores con el fin de que la presión que llegue a las máquinas sea de por lo menos 80 libras/pulg2 ( considerando una caída de 5 lbs/pulg2 por mangueras y accesorios ).

Reglas Generales para Futuras Instalaciones

Instalar tubería de 1" O cuando sólo se proyecta trabajar con una máquina y con una extensión máxima de 50 metros. Instalar tubería de 2" O sólo cuando se proyecta trabajar con :

2 máquinas hasta 300 metros. 3 máquinas hasta 150 metros. 4 máquinas hasta 100 metros.

Si se instala tubería de 3 " y 4" ( caída de presión de 5 lbs/pulg2 ), si es desde el origen, puede llegar a : 2 máquinas hasta 5oo metros. 3 máquinas hasta 250 metros. 4 máquinas hasta 180 metros.

Para determinar la capacidad de un compresor, se procede de la siguiente manera : Se estudia debidamente todas las aplicaciones que pueda tener el aire comprimido tanto en mina como en superficie. Se hace una lista de todo el equipo que va a necesitar aire comprimido, especificando la cantidad de consumo que debe

tener teóricamente cada equipo.

Se determina el consumo total promedio de aire comprimido que deben de utilizar todos los equipos en mención. Se determina el coeficiente de utilización individual, luego se multiplica el consumo total promedio por el coeficiente de

simultaneidad.

3 Perforadoras 131 pies3/min , 80 lbs/pulg2 , trabaja a 1200 m.s.n.m. Cálculo del consumo real de aire expresado en CFM.

- Corrección por simultaneidad ( Tabla VIII ) : 3 x 0.9 = 2.7 .- Corrección por altitud ( Tabla IV ) : 80 lb/pulg2 = 5.6 Kgr/cm2.

5 1.356 2 = 0.0065 X = 0.00195. 0.6 X 0.6 X

2 5.6 0.0065 Corrección por altitud = 1.13745 Consumo Real = 131 pies3/min x 2,7 x1.13745

7 7 1.1420 = 402 CFM.

Tabla IV

ALTITUD (m.s.n.m )

FACTORPRESION MANOMETRICA en Kgr /cm2

3.5 5 7

600 1.059 1.0650 1.0681,200 1.125 1.1355 1.1421,800 1.196 1.1212 1.2242,400 1.273 1.2935 1.3103,000 1.357 1.3635 1.4043,600 1.447 1.4800 1.5064,200 1.542 1.5080 1.610

Tabla VI (No es importante para el calculo)Consumo de Aire Libre Necesario para una Perforadora de Roca, para distintintos valores de Pman y O de cilindro.

PRESION MANOMETRICA

DIAMETRO DE CILINDRO

Lb /pulg2 Kg / cm2 2 1/2" 2 3/4" 3" 3 1/2" 4"63.5 mm 70 mm 76 mm 89 mm 109.5 mm

70 5 1.7 2.1 3.1180 5.6 2.0 2.4 3.82 5.10 5.5290 6.3 2.4 2.83 4.39 5.80 6.23100 7.0 2.7 3.25 4.45 6.37 6.94110 7.7 5.52 7.08 7.64

Factor o Porcentaje de Rendimiento de Máquinas

Se considera el consumo específico y el tiempo que la máquina está parada ( funcionamiento intermitente por efecto de la operación ). Este margen de tiempo se considera " Factor o Coeficiente de Servicio de la Máquina ".

Tabla VII

Maquina Perforadora Ingersoll Rand R - JR - 38C 85 % Pala Atlas Copco LM - 56 H 60 % Pala Cavo 320 65 %Cabrestante MHK MHK - 84 B 55 %

" La capacidad real de admisión de aire ( Ev ) disminuye ligeramente a razón de 1 % por cada 1,000 metros que se incrementa la altitud de trabajo de la máquina ".

Tabla I

TIPOS DE COMPRESOR % de Reducción por c / 1000 mts

Capacidad Potencia

Compresor de tipo medio refrigerado por aire 2.1 7.0

Compresor de tornillo con inyección de aceite 0.6 5.0

Compresor de pistón grande refrigerado con agua 1.8 6.2

Compresor de tornillo grande refrigerado con agua 0.6 7.0

Debido a que la temperatura y presión ambiental disminuyen con la altura, vemos en la tabla I que este cambio afecta la Relación de Compresión ( Rc = P2 / P1 ), y por lo tanto, el caudal y potencia de las compresoras. Por ejemplo, un compresor con una relación de conpresión de 8 a nivel del mar aumenta a 11.6 veces aproximadamente a 3,000 m.s.n.m ( P1 = 0.701 Atm ) manteniendo la misma presión efectiva de descarga, esto afectará el rendimiento volumétrico y el rendimiento o consumo de potencia, variando la magnitud según el tipo de compresión y su diseño.Con respecto al aire comprimido descargado a nivel del mar, se pierde el 10 % por cada 1,000 mts de altitud de operación.Se comprueba que el aire descargado en la mina es más caliente que el descargado a nivel del mar, lo que provoca pérdidas volumétricas al enfriarse el aire comprimido en las tuberías de distribución y puede alterar la lubricación de máquinas por efecto del agua contenido en el aire.Se pierde en promedio 7 % de potencia por cada 1,000 mts de altitud. Cálculo de la Patm a 1,200 m.s.n.m ( Temperatura promedio del año = 20 grados centígrados ) :

t = 20 C . 1,200 m.s.n.m

F = 9/5 ( 20 C ) + 32 = 68 F

Log P2 = Log 14.7 - ( 3,954 / 122.4 ( 460 + 68 ) ) = lb/pulg2 = Bares

0.0611317Po = 1.0139 Bar = 14.7 lb/pulg2. Nivel del mar. H = 1,200 mts = 3,954 pies. 23 C P2 = 1.0139 Bares.

Log P = 1.1672 - 0.0082 ( H / T )

P = Presión en psi.H = altitud en pies.T = R ( temperatura absoluta )

R = F + 459.7

Log P = 0.015 ( 1 - H/T )

P = Presión en Kg/cm2.H = Altitud en mts.T = Temperatura ambiental de la mina en el momento más frio, se da en K.

K = C + 273.2

Cálculo Teórico de Caídas de Presión

Se admite una caída de presión entre el compresor y el frente de trabajo no mayor a 2 % de la presión efectiva del compresor ( 100 psi x 0.02 = 2 psi ) Puede tolerarse hasta 0.5 Bares.

Cálculo del Costo de Compresión

Costos Fijos :

Costo de compresor puesto en mina = Precio C.i.f + ( costo / ( 100 lb peso x peso total ) ) .............. ( C1 )Depreciación Anual = C1 / 5 años = $ / año ....................................................................................... ( C2 )Costo de Reparación ¡ 75 % de C2 .......... ............................................................................................. ( C3 )Costo Anual = C2 + C3 ........................................................................................................................................................ ( C4 )

Costos Variables :

Combustible .................. 2.5 gln / hora x $ 1.22 / gln = $ 3.05 / hora.Lubricantes ................... 0.025 gln / hora x $ 5.97 / gln = $ 0.149 / hora.Operario ........................ $ 1 / hora.

Costo horario = $ 4.199 / hora .............................................................................................................. ( C5 )

Costo Fijo Anual ( C4 ) :

Costo Fijo Horario = C4 / ( 2,000 horas/ año ) = $ / hora .............................................................. ( C6 )

Costo Total Horario = C5 + C6 ...................................................................................................................................... ( C7 )

Costo de Compresión ( C8 ) :

Q = 250 pies3 / min x 60 min / hora = 15,000 pies3 /hora .

15,000 pies3 C7 1,000 pies3 C8

C8 = $ / cada 1000 pies3 de aire libre.

Ejem.- En la mina hay 5 perforadoras y el fabricante nos indica que c/u consume 30 lts / seg a una presión de 7.5 Bares y a nivel del mar. Cuánto consumirá cada perforadora a 6.5 Bares y a 1,200 m.s.n.m ?

Nivel del mar 1,200 m.s.n.mP1 = 1.01325 Bares P1 = 0.613 Bares

P2 = 7.5 + 1.01325 = 8.513 Bares P2 = 6.5 + 0.613 = 7.113 Bares

Consumo = 30 lts /seg ( Catálogo )

rc = 8.513 / 1.01325 = 8.40 rc = 7.113 / 0.613 = 11.60

Consumo Real = Consumo de Catálogo ( rc real / rc catálogo )1.3 = 30 lts / seg ( 11.60 / 8.40 )1.3

Consumo Real = 41.43 lts /seg. ( cada perforadora )- Coef. Simultaneidad para 5 máquinas = 0.82 y Máquinas Equivalentes = 5 x 0.82 = 4.1 .

Consumo Total = 41.43 x 4.1 = 169.86 lts / seg.

Tabla XIVConsumo de Aire Libre en CFM para Pistón Recíproco a nivel del mar

PRESION MANOMETRICA

( lbs / pulg2 )

DIAMETRO DEL CILINDRO EN LA PERFORADORA ( pulgadas )

2 2 1/4 2 1/2 2 3/4 3 3 1/8 3 1/16 3 1/4 3 1/2 3 5/8

60 50 60 68 82 90 95 97 100 108 113

70 56 68 77 93 102 108 110 113 124 129

80 63 76 86 104 114 120 123 127 131 143

90 70 84 95 115 126 133 136 141 152 159

160 77 92 104 128 138 146 149 154 166 174

Jack-Leg 3" O pistón. Stoper 2 3/4" O pistón.

Cálculo del Factor de Altitud

P1 ( P + P2 ) Fa = P2 ( P + P1 )

P = presión de descarga del compresor.

14.7 ( 80 + 8.224 ) Fa = = 1.6654 8.224 ( 80 + 14.7 )

1/n donde n es coeficiente adiabático = 1.4.

Q compresor = Consumo Requerido ( F.alt + Fact Sim + % fugas + % Ampliación)

ANEXO 1 IMPORTANTE(PRUEBA DE BOMBEO)

Atlas Copco ERGE Atlas Copco ERGV 81.90 54.50Po 8.70 8.70Pf 110.00 100.00Pi1 0.00 12.50T1 0.12 0.58C1 927.00 942.00Pi2 25.00 25.00T2 0.80 0.48C2 1000.00 9.73Pi3 50.00 50.00T3 0.57 0.30C3 996.00 1049.00

C. Promedio 975.00 990.00C. Teorico 1090.00 1090.00

Rendimiento % 89.50 90.90