Resistencia de Sistema de Ventilacion Minera-grupo_semana_06

Presentacin de PowerPoint

Aode la Inversin para el Desarrollo Rural y la Seguridad AlimentariaFACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS Y METALURGIACURSO: VENTILACION DE MINAS TEMA : RESISTENCIA DE SISTEMA DE VENTILACIN DE LABORES MINERASDOCENTE : ING. RUBEN RIVERA CHAVEZ

INTEGRANTES : AVALOS NEGRILLO, RICARDO JESUS ARAGONEZ REYES, GUSTAVO GUERRERO MUCHAYPIA, HELAM PUMA CHOQUE, AYWENVENTILACIN MINERA102/06/2015SISTEMAS DE VENTILACIN Las formas como se encuentran interconectadas las galeras dentro de un circuito de ventilacin deciden la manera como se distribuir el caudal del aire dentro de ellas y cual ser la depresin del circuito. La mayor o menor complicacin en la resolucin de un sistema de ventilacin esta ntimamente ligada a las conexiones de las galeras dentro de el.02/06/2015VENTILACIN MINERA2RESISTENCIAS LOCALESVENTILACIN MINERA3Los cambios bruscos de seccin transversal y/o direccin de los conductos de aire en el interior de la mina, originan prdidas de presin localizadas en el circuito de ventilacin.Siendo la causa principal de estas prdidas el impacto (o despegue) de la corriente de aire, su valor depende de la energa cintica del aire, y en general se expresan como una funcin de la presin de velocidad, obtenindose directamente la prdida de presin en Pa.02/06/2015VENTILACIN MINERA4Se puede observar que si la corriente de aire choca con una obstruccin, sus lneas de flujo se rompen, produciendo prdidas por las turbulencias generadas.Pero si a esta obstruccin se le diera una forma aerodinmica, lo que se lograra es que sus lneas de flujo no se rompan y por lo tanto las prdidas se reducen considerablemente

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02/06/2015VENTILACIN MINERA10Recomendaciones para reducir las resistencias locales:Redondear las paredes de las uniones.Desquinche de las aristas en los cambios de direccin de los conductos de aire.Construir los ensanchamientos o estrechamientos en forma de transiciones progresivas.Encuadrar o revestir las uniones.

02/06/2015VENTILACIN MINERA11Todos los valores de e corresponden a superficies lisas (K = 0.003).Para valores mayores de K (K) ser necesario corregir e: e* = e + 235 (K K)Todos estos valores corresponden a resistencias para condiciones normalizadas (r = 1.2 kg/m3).Para otras densidades del aire, ser necesario multiplicar dichos valores por: r* / 1.2

02/06/2015VENTILACIN MINERA12La Resistencia total de un conducto a travs del cual circula aire, depender de la rugosidad de las paredes (K), de las caractersticas geomtricas del ducto (seccin transversal, permetro y longitud), de la densidad del aire y de los cambios de direccin que se obligue a hacer al aire.La gradiente o cada de presin manomtrica (por friccin o por impacto) depende de la resistencia total del conducto y del caudal de aire que circula a travs d ste, ya que Dp = RQ2Dado un conjunto de conductos interconectados entre si y conocido el caudal (Q) que circula a travs de ellos y la cada de presin total (Dp), se podr determinar la resistencia total sin necesidad de conocer la resistencia individual de cada ramal, ya que R = Dp / Q202/06/2015VENTILACIN MINERA13Independientemente de la forma como estn conectados los ramales entre s, el sistema existente podr ser reemplazado por un conducto cuya resistencia sea equivalente sea igual a la del sistema, de tal manera que: Dp = Re x Q2 y Re ser la resistencia total equivalente del circuito.Cualquiera que sea la forma como se interconecten los conductos, la resistencia total equivalente ser menor o igual a la suma de las resistencias individuales.Es decir, para un sistema con n ramales:Re R1 + R2 + R3 + . . . . Rn02/06/2015CIRCUITOS DE VENTILACINSi las resistencias de todas las labores fueran conocidas, es posible determinar la distribucin del aire en la mina?Preguntas Clsicas:Si los requerimientos de aire en los lugares de trabajo fueran conocidos, es posible determinar el tamao del ventilador (s)? VENTILACIN MINERA1402/06/201514CIRCUITOS DE VENTILACINAlgunos Conceptos de Inters:Leyes de KirchhoffCircuitos en Serie y ParaleloCircuitos ComplejosUna mina consiste de una series de labores inter-conectadas (llamados circuitos). Casi todas ellas son usadas para conducir el aire.VENTILACIN MINERA1502/06/201515CIRCUITOS DE VENTILACINWWEntrada 1Entrada 2SalidaParaje DTope ABCMuro de VentilacinCrucero o PuenteWQo (tope) = 15 m3/sQo (Paraje) = 40 m3/sVENTILACIN MINERA1602/06/201516LEYES DE KIRCHHOFF

Q1Q2Q3Malla 1H1H2H3H4

Nudo-+AB1ra. Ley: suma de caudales in un nudo debe ser igual a cero (ley de continuidad)2da. Ley: suma de presiones alrededor de una malla debe ser igual a cero (ley de energa)VENTILACIN MINERA1702/06/201517LEYES DE KIRCHHOFFS Qi = 0 en cada nudoS Pi = 0 para cada malla12534660 kcfm30 kcfm20 kcfm+ 0.5 in.w.g.Malla 1NudoSalidaEntradaS Q2 = ?S P(2) = ?Q2 = ?VENTILACIN MINERA1802/06/201518CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO Circuitos en ParaleloCircuitos en SerieReR1R2Q1Q = Constante

Q1Q2Q3R1R2R3QTReH = Constante

VENTILACIN MINERA1902/06/201519CIRCUITOS EN SERIE Y PARALELO Ejemplo 1. Dado el siguiente sistema:Solucin: Determine: Hs, Q1 y Q2daD1 = 24 in, L = 800 ftD2 = 30 in, L = 800 ftD3= 36 inL = 500 ft30 kcfmbca - c 24 3.14 6.28 800 15 468.11Segmento D (in) A (ft2) Per (ft) L (ft) K *E-10 Rb c 30 4.91 7.85 800 15 153.04 c - d 36 7.07 9.43 500 15 38.49Re= 100.4 E-10; Hs= 9.04in.wg; Q1=10.9 kcfm; Q2= 19.1 kcfm2020CIRCUITOS BSICOS DE VENTILACION DE MINASCIRCUITO EN SERIE: Se caracteriza porque lacorriente de aire se muevesin ramificacin, por lo que el caudal permanece constante,en este caso todas las galeras se conectan extremo a extremo.

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02/06/2015SISTEMA DE VENTLACION EN SERIESe caracteriza por que la corriente de aire se mueve sin ramificaciones, vale decir, si no existen perdidas, el caudal de aire permanece constante.En cuanto a la resistencia aerodinmica total del sistema es igual a la suma de las resistencias parciales y la depresin total es igual a la suma de las parciales:

02/06/2015VENTILACIN MINERA22SISTEMA DE VENTILACION EN SERIEVeamos un ejemplo grafico donde se ha simulado una serie de galeras las cuales van desde la galera "a" hasta la "l", ambas conectadas a la superficie.En el dibujo se han colocado tapados, que tambin pueden ser puertas hermticas para guiar en buena forma al aire que recorre el circuito y que cumplan con las caracterstica de las Uniones en Serie. Luego se ha dibujado lo que se conoce como "diagrama equivalente" que no es otra cosa que un simplificacin del diagrama general.02/06/2015VENTILACIN MINERA23

LAS CARACTERSTICAS DEL SISTEMA EN SERIE SERN:

02/06/2015VENTILACIN MINERA24CIRCUITO EN SERIEPROPIEDADES: 1. el caudal que pasa por cada labor es el mismo Qt = Q1 = Q2 = .........= Qn

2. la cada de presin total es igual a la suma de cadas de presiones parciales: Ht = H1 + H2 + .....+ Hn

VENTILACIN MINERA2502/06/2015CIRCUITO EN SERIELuego, como: H = R*Q2

Ht = R1 * Q12+ R2*Q22+ ............+ Rn * Qn2

Rt * Qt2= R1 * Q12+ R2 * Q22+ .......+ Rn * Qn2

Como: Qt = Q1 = Q2 = .........= Qn

Quedar:

VENTILACIN MINERA26Rt = R1 + R2 + R3 + ........+ Rn

02/06/2015 3) Rt = R1 + R2 + .....+ Rn

H = R*Q2CIRCUITO EN SERIEVENTILACIN MINERA2702/06/2015CIRCUITO DE VENTILACIN EN PARALELOEn la unin en paralelo,las labores se ramifican en un punto, en dos ovarios circuitos que se unen en otro punto:

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02/06/2015CIRCUITO DE VENTILACIN EN PARALELOEn este tipo de unin, las galeras se ramifican en un punto, en dos o mas circuitos que se unen en otro punto.Cuando dos o mas galeras parten de un punto y en el otro extremo se comunica con la atmosfera, tambin estn en paralelo, ya que los extremos que salen a la superficie se entiende que tienen igual presin, en este caso la unin en paralelo es abierta, siendo cerrada cuando los dos puntos de reunin se encuentran en el interior de la mina.02/06/2015VENTILACIN MINERA29CIRCUITO DE VENTILACIN EN PARALELO

02/06/2015VENTILACIN MINERA30CARACTERSTICAS DEL SISTEMA DE VENTILACIN EN PARALELOLa caracterstica bsica de las uniones en paralelo es que las depresiones de los ramales que la componen son iguales, independiente del largo, resistencia y cantidad de aire.

El caudal total del sistema en galeras en paralelo, es igual a la suma de los caudales parciales.

02/06/2015VENTILACIN MINERA31CARACTERSTICAS DEL SISTEMA DE VENTILACIN EN PARALELOLa raz cuadrada del valor reciproco de la resistencia aerodinmica del circuito, es igual a la suma de las races cuadradas de los valores recprocos de las resistencias aerodinmicas parciales.

Demostracin: Sabemos que H = R * Q2 , utilizando la propiedad bsica de lascorrientes paralelas:

02/06/2015VENTILACIN MINERA32CIRCUITOS DE VENTILACION EN PARELELOLos circuitos en paralelo se usan en minas porque:Se ingresa aire fresco a los lugares de trabajoEl costo de energa es menor para una cantidad de aire que un circuito en serie

Por eso se trata de usar circuitos paralelos tan cerca del ventilador como sea posibleVENTILACIN MINERA3302/06/2015CIRCUITO DE VENTILACION EN PARALELOCARACTERSTICAS:1.- La caracterstica bsica de las uniones en paralelo, es que las cadas de presin de los ramales que la componen son iguales, independientemente del, largo, resistencia y cantidad de aire.

H1 = H2 = H3 =....=Hn

VENTILACIN MINERA3402/06/2015CIRCUITO DE VENTILACION EN PARALELO2.- E l caudal total del sistema de galeras en paralelo, es igual a la suma de los caudales parciales. Qt = Q1 + Q2 + Q3 + .....+ Qn

3.- La raz cuadrada del valor recproco de la resistencia aerodinmica del circuito, es igual a la suma de las races cuadradas de los valores recprocos de las resistencias aerodinmica parciales.

1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 +..............+ 1 / Rn

VENTILACIN MINERA3502/06/2015Para aportar el caudal de aire necesario a la mina se necesita una presin suficiente para superar la resistencia que oponen las galeras mineras al movimiento del aire por el efecto de rozamiento o friccin y adems por el efecto de choque.CLCULO DE LA PERDIDA DE PRESION (Ht)VENTILACIN MINERA3602/06/2015

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VENTILACIN MINERA3802/06/2015Calcular la perdida de presin en un tramo de una galera que tiene las siguientes caractersticas: Galera en roca gnea con irregularidades mxima.Levemente sinuoso con pequea obstruccin.Longitud de galera es 60 m.rea = 6 m2.Permetro= 10 m.Caudal de aire= 21 m3/seg.

SolucinReemplazando en la formula:

Ht=(0.00397)(60)(10)(21) / (6) = 4.86 mm H

232o EJEMPLOVENTILACIN MINERA3902/06/2015SISTEMA DE VENTILACION EN DIAGONALEs una unin en paralelos de labores, en la que, adems, los ramales estn unidos entre si por una o varias labores complementarias, denominadas diagonales.En minera, las uniones diagonales se encuentran frecuentemente. Se dividen en diagonal simples, con una diagonal, y complejas, con dos o mas. Por ejemplo, en minas fuertemente grisutosas, el frente se hace escalonado; todo el aire no entra por la galera del nivel inferior, sino tambin por las galeras intermedias (diagonales).02/06/2015VENTILACIN MINERA40SISTEMA DE VENTILACION EN DIAGONAL.Propiedades bsicas de la unin en diagonal: igualdad de depresiones de las corrientes principales entre los puntos de bifurcacin y de unin y reversibilidad de la corriente en la diagonal.

02/06/2015VENTILACIN MINERA41SISTEMA DE VENTILACION EN DIAGONAL.Analicemos la situacin del movimiento del aire en la diagonal: En la practica estn dadas o se calculan las resistencias de los circuitos en m o R y la cantidad total de aire Q. Se determinan los caudales parciales (se sala resistencia "R" o el valor "m" ya que su diferencia es solo numrica=1.000m).02/06/2015VENTILACIN MINERA42SISTEMA DE VENTILACION EN DIAGONAL.

El aire no pasa por la diagonal BC (Q2 = O, H2 = O) cuando las presiones de aire en "B" y "D" son iguales. En este caso, H1 = H4 y H5= H3 ; dividiendo ambas ecuaciones y reemplazando:

43SISTEMA DE VENTILACION EN DIAGONAL.02/06/2015VENTILACIN MINERA44Ahora si admitimos que el aire en "2" es distinto de cero y se mueve desde "B" a "D", por propiedades de las desigualdades se demuestra que se debe cumplir que:

Y para que el aire suba desde "D" a "B" se debe cumplir que:

La resistencia de la diagonal "2" no influye sobre el sentido del movimiento del aire.

CIRCUITOS COMPLEJOS 8761312911125Extractor4105160.10.1R = 0.130.30.20.10.10.40.30.30.20.20.30.1R = Resistencia *E-10Determine: Re = ?1514VENTILACIN MINERA4502/06/201545VENTILACIN MINERA46Cuando la conexin entre las galeras se hace ms complicada, no pudiendo reconocer en el circuito conexiones en paralelo, serie o diagonal, se debe recurrir a otros mtodos de clculo ms complejos que, generalmente, requieren ayuda de instrumentos y/o computadores.CIRCUITOS COMPLEJOS 02/06/2015METODO DE TRANSFORMACION TRIANGULO EN ESTRELLA02/06/2015VENTILACIN MINERA47Por analoga por el clculo de las redes elctricas, en el clculo de los sistemas de ventilacin, para su simplificacin, se utiliza la transformacin del tringulo en estrella de tres rayos. As, el tringulo ABC puede ser reemplazado por una equivalente estrella con radios AO, BO y CO ver figura.Si suponemos que el aire entra en el punto A y sale por el punto B, entonces para el tringulo la resistencia entre los puntos se determinar como la resistencia comn de las ramificaciones paralelas AB y ACB. Para la estrella esta resistencia ser igual a la suma de las resistencias de las secciones AO y OB.


VENTILACIN MINERA49Una vez resuelto el caudal resultante, se puede realizar una simulacin de la malla definitiva del proyecto, imponiendo en la rama que representa la estocada en que se instalar el ventilador principal, el caudal de aire de diseo y la presin esttica del punto. El trazado estar compuesto adems por la va principal de aire fresco y la chimenea de extraccin general conectada con la superficie.Para imputar los datos de cada una de las ramas, se define una malla equivalente tomando como soporte por ejemplo, el dibujo en AutoCAD del circuito asociado al Proyecto. Se carga el software con la malla real del circuito, asignando las cotas y largos reales a cada tramo.Software de equilibrio de redes de ventilacin:02/06/2015VENTILACIN MINERA50Para la simulacin, se requieren los siguientes parmetros generales: Densidad del aire : 1,2 Kg./ m (sin factor de correccin) Eficiencia del Ventilador : 75% (por defecto) Coeficientes de friccin : KPara abordar las distintas situaciones a las que se ver enfrentada la explotacin del proyecto, se generan varios escenarios representativos. Cuando se desea evitar que el caudal de aire aumente en demasa en una direccin, se deber adecuar un regulador cuya dimensin variar de acuerdo a cada escenario.Software de equilibrio de redes de ventilacin:02/06/2015VENTILACIN MINERA51El escenario ms desfavorable o de mayor resistencia debe sensibilizarse con los valores del consumo de energa y de la construccin. Entre dos alternativas que presenten un gasto combinado energtico y de construccin similar, se preferir aqulla que acepte mayor caudal de aire, por si las condiciones de explotacin de otro sector as lo necesitan.De acuerdo al resultado de esta simulacin, que entrega como producto final el punto de operacin del sistema (ejemplo: Caudal Q = 1.600 m/min. y Cada de presin Ps = 127 mm. de columna de agua), se seleccionarn los ventiladores de la instalacin.Software de equilibrio de redes de ventilacin:02/06/2015VENTILACIN MINERA52Dado que la instalacin de ventiladores de mediana capacidad, actuando como reforzadores para atender niveles de produccin, reduccin y hundimiento, es una opcin de alta probabilidad de implementacin futura, es necesario que, en la eventualidad de proponer la instalacin y operacin masiva de un alto nmero de tales ventiladores al interior de los sectores, se considere la implementacin de un Sistema de Monitoreo y Control Centralizado (del tipo Inteligente Semi-inteligente) del estado y operacin de estos equipos.El mismo concepto es vlido para la eventualidad de que, al interior del proyecto se proponga instalar reguladores de flujos de aire, los cuales adems de poder ser operados en forma manual (control local), puedan tambin ser conectados a un sistema de monitoreo y control a distancia (actuacin de tipo tele comandado).Sistema de monitoreo y control centralizado:02/06/2015RESOLUCION DE CIRCUITOS DE VENTILACIONLos sistemas presentados son los mas usados en la actualidad, existen otros que, por no aumentar aun mas las paginas de estos apuntes, solo nombraremos, con una pequea explicacin:Algoritmo dual de Hardy Cross: Se trata de resolver el sistema mediante un procedimiento de iteraciones sucesivas a partir de un sistema inicial con un numero de ecuaciones igual al numero de nodos del circuito, donde se ha asociado a cada nodo una carga (presin) de tal forma que las diferencias de cargas verifiquen la segunda ley de Kirchoff. El proceso de iteracin termina cuando la suma algebraica de los caudales (definidos por las cargas asociadas) que entran y salen de cada nodo es igual a cero o muy pequea.02/06/2015VENTILACIN MINERA53RESOLUCION DE CIRCUITOS DE VENTILACION Mtodo grfico de Y. Kumazawa: Es un sistema bastante novedoso donde se resuelven los circuitos en forma grafica, aprovechando algunos teoremas que Y. Kumazawa enuncio en la dcada de los 50. El autor de estos apuntes publico en la Revista Minerales No 139 (ano 1977), del Instituto de Ingenieros de Minas de Chile, un trabajo donde, usando estos teoremas y el Mtodo de "H Caminos", descrito en el punto 4.3., se resuelven complejos sistemas de ventilacin.02/06/2015VENTILACIN MINERA54PROFUNDIZACIN DE UN POZOSistema Compuesto Qo = 32,000 p3/minVentilador(125 HP)Ducto RgidoV = 150 p/minA = 211 p2Caudal RequeridoVentilador(60 HP)VENTILACIN MINERA5502/06/201555DESARROLLO DE GALERAS MLTIPLES Qo = 40,000 p3/minEntradaSalidaVentilador SecundarioMuro de VentilacinL2 = 150 m20 mFrente 2RecorteCaudal: 100,000p3/minSistema de ventilacin usado para ventilar desarrollos largos (de varios km)FugaFrente 1VENTILACIN MINERA5602/06/201556Sistema de ventilacin auxiliar usado para ventilar galeras de longitud moderadaDucto flexible (manga)QT

DESARROLLO DE RECORTES Y GALERASVentilador auxiliar de dos cuerpos (Motor: 150 HP) 30 p FrenteGalera PrincipalQo = 40,000 p3/min57ECUACIN DE ATKINSON EJEMPLOPara los datos siguientes determine la cada de presin H. D = 19.7 p L = 9640 pA = 304.8 p2; Per = 61.9 p; Q = 597.5 Kp3/min; w = 0.078 lb/p3 DV12LK = 130 E-10 lb-min2/p4 V = 1960 p/minPb = 29.92 pulg. de Hg t = 50 FSolucin:R = 0.5267 E-10 pulg-min2/p6; R = 0.546 E-10; H = 19.49 pulg.H2O


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