4 Aire Comprimido en minería- Ing. Marquina

                   

MÁQUINAS MINERAS Tomo 4



Aire comprimido Ing. Marquina Herrera Pedro Pablo

- 1999 -



Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniería Asentamiento Universitario Zapala

i

Índicee Índic

ÍNDICE GENERAL AIRE COMPRIMIDO INTRODUCCIÓN---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 1. DEF DEFINIC INICION IONES ES DEL AIRE COMPRIMID COMPRIMIDO O ------------------------------------------------------------------------------- 4 2. TERM TERMINO INOLOG LOGÍA ÍA ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 3. FACTORES DE CONVERSIÓN----------------------------------------------------------------------------------------------CONVERSIÓN----------------------------------------------------------------------------------------------- 9 4. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA TERMODINÁMICA------------------------------------------------------10 4.1. TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR -------------------------------------------------------------------------------10 -------------------------------------------------------------------------------10 4.2. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA -----------------------------------------------------------11 ------------------------------------------------------------11 4.3. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA----------------------------------------------------------11 4.3. SEGUNDO TERMODINÁMICA---------------------------------------------------------- 11 4.4. LEYES DE LOS 4.4. LEYES LOS GASES GASES ----------------------------------------------------------------------------------------------- 12 4.5. COMPRESIBILIDAD-------------------------------------------------------------------------------------------------- 13 4.5. COMPRESIBILIDAD-------------------------------------------------------------------------------------------------4.6. COMPRESI COMPRESIÓN ÓN DEL AIRE ----------------------------------------------------------------------------------------- 13 4.6.1.COMPRESIÓN ISOBÁRICA----------------------------------------------------------------------------------13 4.6.1.COMPRESIÓN ISOBÁRICA---------------------------------------------------------------------------------- 13 4.6.2.COMPRESIÓN 4.6.2 .COMPRESIÓN ISOCÓRICA----------------------------------------------------------------------------------13 ISOCÓRICA---------------------------------------------------------------------------------- 13 4.6.3. COMPRESIÓN ISOTÉRMICAS-----------------------------------------------------------------------------13 4.6.3. COMPRESIÓN ISOTÉRMICAS----------------------------------------------------------------------------- 13 5. TRABAJO TÉCNI TÉCN ICO DE LA LA COMPRES COMPRESIÓN IÓN ---------------------------------------------------------------------------- 13 6. FLUJO FLUJO DE AIRE AIRE POR POR LAS TUBER TUBERÍAS ÍAS ------------------------------------------------------------------------------------ 14 7. CAMPOS Y OBJETIVOS OBJETIVOS DEL AIRE COMPRIMIDO-----------------------------------------------------------------COMPRIMIDO------------------------------------------------------------------ 18 7.1. CONDI 18 CONDICIONES CIONES DE DISEÑ DISEÑO-------------------------------------------------------------------------O---------------------------------------------------------------------------------------------18 8. CLASES CLASES DE COMPRESOR COMPRESORES ES ------------------------------------------------------------------------------------------------22 8.1. OTROS TIPOS DE COMPRESORES----------------------------------------------------------------------22 COMPRESORES----------------------------------------------------------------------------22 9. COMPRESORES COMPRESORES DE DE PALETAS PALETAS ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 25 10. ACCIONAM ACCIONAMIENTO IENTO DE DE LOS LOS COMPRESORES COMPRESORES ------------------------------------------------------------------------25 11. ELEMENTOS AUXILIARES USADOS EN LAS INSTALACIONES DE AIRE COMPRIMIDO-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------26 11.1. FILTRO DE ASPIRACIÓN ASPIRACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------ 26


i

Índicee Índic

ÍNDICE GENERAL AIRE COMPRIMIDO INTRODUCCIÓN---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 1. DEF DEFINIC INICION IONES ES DEL AIRE COMPRIMID COMPRIMIDO O ------------------------------------------------------------------------------- 4 2. TERM TERMINO INOLOG LOGÍA ÍA ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 3. FACTORES DE CONVERSIÓN----------------------------------------------------------------------------------------------CONVERSIÓN----------------------------------------------------------------------------------------------- 9 4. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA TERMODINÁMICA------------------------------------------------------10 4.1. TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR -------------------------------------------------------------------------------10 -------------------------------------------------------------------------------10 4.2. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA -----------------------------------------------------------11 ------------------------------------------------------------11 4.3. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA----------------------------------------------------------11 4.3. SEGUNDO TERMODINÁMICA---------------------------------------------------------- 11 4.4. LEYES DE LOS 4.4. LEYES LOS GASES GASES ----------------------------------------------------------------------------------------------- 12 4.5. COMPRESIBILIDAD-------------------------------------------------------------------------------------------------- 13 4.5. COMPRESIBILIDAD-------------------------------------------------------------------------------------------------4.6. COMPRESI COMPRESIÓN ÓN DEL AIRE ----------------------------------------------------------------------------------------- 13 4.6.1.COMPRESIÓN ISOBÁRICA----------------------------------------------------------------------------------13 4.6.1.COMPRESIÓN ISOBÁRICA---------------------------------------------------------------------------------- 13 4.6.2.COMPRESIÓN 4.6.2 .COMPRESIÓN ISOCÓRICA----------------------------------------------------------------------------------13 ISOCÓRICA---------------------------------------------------------------------------------- 13 4.6.3. COMPRESIÓN ISOTÉRMICAS-----------------------------------------------------------------------------13 4.6.3. COMPRESIÓN ISOTÉRMICAS----------------------------------------------------------------------------- 13 5. TRABAJO TÉCNI TÉCN ICO DE LA LA COMPRES COMPRESIÓN IÓN ---------------------------------------------------------------------------- 13 6. FLUJO FLUJO DE AIRE AIRE POR POR LAS TUBER TUBERÍAS ÍAS ------------------------------------------------------------------------------------ 14 7. CAMPOS Y OBJETIVOS OBJETIVOS DEL AIRE COMPRIMIDO-----------------------------------------------------------------COMPRIMIDO------------------------------------------------------------------ 18 7.1. CONDI 18 CONDICIONES CIONES DE DISEÑ DISEÑO-------------------------------------------------------------------------O---------------------------------------------------------------------------------------------18 8. CLASES CLASES DE COMPRESOR COMPRESORES ES ------------------------------------------------------------------------------------------------22 8.1. OTROS TIPOS DE COMPRESORES----------------------------------------------------------------------22 COMPRESORES----------------------------------------------------------------------------22 9. COMPRESORES COMPRESORES DE DE PALETAS PALETAS ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 25 10. ACCIONAM ACCIONAMIENTO IENTO DE DE LOS LOS COMPRESORES COMPRESORES ------------------------------------------------------------------------25 11. ELEMENTOS AUXILIARES USADOS EN LAS INSTALACIONES DE AIRE COMPRIMIDO-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------26 11.1. FILTRO DE ASPIRACIÓN ASPIRACIÓN ------------------------------------------------------------------------------------ 26


ii

Índicee Índic 11.2. SEPARADOR DE AGUA-------------------------------------------------------------------------------------- 26 11.2. SEPARADOR 11.3. DEPOSITO DE AIRE----------------------------------------------------------------------------11.3. DEPOSITO 28 AIRE----------------------------------------------------------------------------------------------------------28 11.4. ENGRA ENGRASADORE SADORES----------------------------------------------------------------------------------------------S----------------------------------------------------------------------------------------------- 28 11.5. ELEVADORES 11.5. ELEVADO 30 RES DE PRESIÓN PRESIÓN -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------30 12. MANGUERAS MANGUERAS FLEXI FLEXIBL BLES ES --------------------------------------------------------------------------------------------------- 30 13. CONCEPTOS ACTUALIZADOS SOBRE AIRE COMPRIMIDO--------------------------------------------------31 14. INSTALACION INSTALACIONES ES DE AIRE COMPRIMIDO---------------------------------------------------------------------COMPRIMIDO---------------------------------------------------------------------- -----------34 34 15. CALCU CALCULO LO DE UNA TUBERÍ TUBERÍA A DE AIRE COMPRI COMPRIMIDO MIDO-------------------------------------------------------------------------------------------------------------35 35 16. PROBLEMA PROBLEMA DE AIRE COMPRIMID COMPRIMIDO--------------------------------------------------------------------------------O--------------------------------------------------------------------------------- -----37 37


1

Maquinas Maqui nas Min Minera erass Aire Com Comprim primido ido

INTRODUCCIÓN El aire comprimido comprimido es un fluido utilizando como fuente de energía en la perforación de rocas. Permite el accionamiento de los equipos neumáticos como martillos perforadores, jumb ju mboo de pe perf rfor orac ació iónn o ca carr rros os pe perf rfor orad ador ores es y ot otra rass ma maqu quin inas as ut util iliz izad adas as en ex expl plot otac ació ión. n. Ver Figura 1, 2 y 3, estas máquinas se emplean en la explotación a cielo abierto y subterránea. El aire comprimido, también se usa para el barrido de detritus generados durante la perf pe rfor orac ació ión, n, ac actu tual alme ment ntee se ut util iliz izan an ma mart rtil illo loss co conn ba barr rrid idoo hi hidr dráu áuli lico co pa para ra ev evit itar ar la prod pr oduc ucci ción ón de po polv lvo. o. En cualquier proyecto minero es preciso disponer de compresores. Cuando se decide adquirir un equipo de perforación se deberán evaluar, para una correcta elección, los siguientes puntos:

- precio. lineal perforado perforado por unidad unidad de tiempo tiempo (m/min (m/min o m/h). - rendimiento o avance por metro lineal

- caudal de aire: si el caudal de aire es insuficiente disminuirá la velocidad de penetración, aumentando así los costos de brocas y varillas debido a su desgaste, se incrementará el consumo de combustible y el costo de mantenimiento del compresor. Cuando se elige un compresor de alta presión deberá hacerse la perforación con carros perforadores con diferentes tipos de brocas e inclusive triconos. Las dos características características básicas de un compresor compresor además del tipo o modelo son son:: - El caudal (m3/min) de aire suministrado - La presión (kg/cm2) de salida del aire. Los datos anteriores los provee cada fabricante, son característicos para cada máquina y generalmente se muestran en catálogos.


Fig. 1: martillo neumático

2

Maquinas Mineras Aire Comprimido


Fig. 2: jumbo sobre ruedas

3



4


Fig. 3: carro perforador sobre orugas

1.DEFINICIONES DEL AIRE COMPRIMIDO - Aire Libre: es el aire en las condiciones atmosféricas del lugar en cuestión, inafectado por el compresor.


5

Maquinas Mineras Aire Comprimido - Capacidad de un compresor: es el volumen de gas comprimido y suministrado en

el punto de descarga, referido a las condiciones de temperatura absoluta, presión absoluta y composición del aire en el punto de aspiración, teniendo en cuenta la importancia de la humedad.

- Capacidad de una bomba de vacío: es el volumen de gas aspirado y comprimido en la primer etapa de una bomba de vacío, referido también a las condiciones mencionadas anteriormente.

- Compresor de desplazamiento: es una maquina en que se eleva la presión estática mediante sucesivas aspiraciones de gas que se expulsa a otro espacio menor merced a un desplazamiento móvil. Ver Figura 4

- Compresor dinámico: en esta maquina se eleva la presión estática mediante la conversión de la energía cinética en energía de presión durante el paso del gas a través de la maquina. La energía cinética se comunica al gas por medio de uno o mas impulsores sucesivos. Ver Figura 5 y 6.

- Compresor

tipo

incorporado transmisión y

pack: es una unidad compresora lista para funcionar, lleva motor,

tuberías e instalación eléctrica, todo montado sobre un

chasis. Estos compresores cuentan con filtro de aspiración. Ver Figura 7 y Tabla 1.

Fig. 4: compresor de desplaz amiento Ingersoll – Rand compressor, Direct connected with diesel Engine


6


Fig. 2: PAP PLUS compressors deliver oil-free Fig. 5: Compresor dinámico (Air reliably ---- efficiently)

Simplicity means reliability. And the design of Elliott PAP PLUS compressors is simplicity itself – the only moving parts in the compressor are a gear and the rotors. And, because this is a centrifugal, there are no lubricated parts in the air passage – you get really oil-free air.

Typical operation: Ambient air enters the first stage thorough inlet valve (A), where it is accelerated by the fist impeller (B). A radial diffuser converts the air is velocity into pressure before the air enters an efficient scroll casing (C), to be ducted through interstage piping to the first intercooler (D). The cooled air then flows into the second impeller (E), again through a diffuser, into a scroll casing, and then into the second intercooler (F). Air from the second intercooler then moves through a third impeller (G), diffuser, and scroll casing before being discharged into the aftercooler and the plant air system.


7


Fig. 6: Impellers (impulsores) The compression elements of the PAP PLUS compressor are stainless steel impellers. These 17-4PH stainless steel impellers resist the corrosive and erosive action of atmospheric contaminants and water vapor that may pass through any inlet air filter

Fig. 7: Compresor tipo pack


8


Tabla 1: Especificaciones técnicas Compresor

XAS35

XAS45

XAS55

XAS65

XAS65E

XAS75

bar(e)

7

7

7

7

7

7

lb/pulg 2

102

102

102

102

102

102

34

43

51

61

61

71

m3 /min

2,0

2,5

3

3,7

3,7

4.,3

pie3/min

72

91

108

129

129

150

según EEC 84/533

dB (A)

100

100

100

100

95

100

Cagi Pneurop

dB (A)

73

73

73

73

73

73

Capacidad del

l

8

8

8

8

8

8

gal

1,76

1,76

1,76

1,76

1,76

1,76

KHD

KHD

KHD

KHD

F2L1011

F2L1011

F3L1011

F3L1011

LS180 L-2

F3L1011

2

2

3

3

-

3

Velocidad a plena carga r/min

2575

2500

2400

2800

-

3300

Potencia

18,9

18,5

26,5

30

30

33,8

l

30

30

50

50

-

50

gal

6,6

6,6

11

11

-

11

2935

2935

3048

3048

3048

2853

115,6

115,6

120,1

120,1

120,1

112

1300

1300

1300

1300

1300

1300

51,2

51,2

51,2

51,2

51,2

51,2

1197

1197

1308

1308

1308

1360

pulg

47,2

47,2

51,2

51,2

51,2

53,6

kg

710

710

780

780

695

800

1566

1566

1720

1720

1533

53,6

750

750

830

830

705

850

1654

1654

1830

1830

1554

1874

Presión normal de trabajo Aire libre

l/s

suministrado Nivel sonoro:

sistema de aceite Motor Tipo Número de cilindros

kW

Capacidad del depósito de combustible

LeroySomer

KHD

Dimensiones de la unidad Longitud

mm pulg

Anchura

mm pulg

Altura Peso neto

mm

lbs Peso (unidad en operación) kg lbs


9


2. TERMINOLOGÍA - Potencial al eje: es la potencia necesaria en el eje de accionamiento del compresor. No se incluyen las medidas en transmisiones externas tales como engranajes y correas.

- Presión absoluta: se llama así a la presión medida partiendo del cero absoluto, es decir de un vació total. Es igual a la suma algebraica de las presión atmosférica y efectiva.

- Presión efectiva manométrica: es la presión medida a partir de la atmósfera. 3. FACTORES DE CONVERSIÓN - Velocidad, velocidad de penetración:

1m/s = 60 m/min = 3280,84 pie/seg =

186,850 pie/min = 3,6 kg/h = 2,236 millas/h.

- Volumen: 1m3 = 61 x 0,003 plg3 = 35,314 pie = 1,307 yardas3 = 264 galones americanos.

- Caudal de volumen, capacidad: l lts/seg = 0,006 m3 /min = 3,6 m3 /h = 2118 pie/min = 4,7 yardas3 /h =15850 galones americanos/min

- Fuerza: 1 kilopondío = 9,806 Nw = 2,2 lb fuerza - Par de fuerza: 1 kilopondio metro = 0,981 Nw/m = 86,796 plg/libra fuerza = 7,23 pie/libra fuerza.

- Presión o carga: 1 bar = 0,000001 pascal o Nw/m3 = 1,019 kilopondio/cm2 = 14,5 libras fuerza/plg2 (pcf)

- Energia y trabajo: 1 KW = 0,367096 kilopondio/m - Escala de temperatura: Grados Celsius = 273,15 grados kelvin = 491,67 grados R = 32 ºF


10


4. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA TERMODINÁMICA 4.1 TEORÍA CINÉTICA MOLECULAR: toda materia se compone de moléculas que permanecen en movimiento constante, manteniéndose unidas mediante la fuerza de cohesión. En los sólidos, las moléculas están fuertemente unidas y ordenadas de tal manera (red) que la fuerza de cohesión es muy fuerte. Por esta causa los sólidos tiene forma propia y son consistentes. El movimiento molecular se reduce en su mayoría a oscilaciones sobre el punto de equilibrio. En un líquido, las moléculas están cerca como en los sólidos, aunque no presentan estructura en red, siendo por ello su fuerza de cohesión más débil. Las moléculas tienen mas movilidad, cambiando sus características, el líquido toma la forma del recipiente que lo contiene y su superficie tiende a ser plana y horizontal respondiendo a la fuerza de gravedad. En un gas las moléculas están separadas y se mueven libremente porque su fuerza cohesiva es mucho menor. Por lo tanto, un gas se expande y se mezcla con otros gases que están presentes. El volumen total de las moléculas de un gas es muy pequeño en relación con el volumen ocupado por el gas. El volumen de un gas es en su mayoría espacios vacíos en el cual cada molécula se mueve en línea recta hasta que choca contra las paredes del recipiente o con otra molécula.

La velocidad y dirección del movimiento cambian a cada

choque, y las trayectorias moleculares forman zigzags irregulares.

Las moléculas inciden

sobre las paredes del recipiente. Tratándose de aire a 0 ºC y una presión de un bar, cada cm2 de pared recibe 3 x 1023 impactos por segundo. La presión del aire contra estas paredes es el efecto integrado de todos estos impactos. El aire, o cualquier otro gas en estado similar, contiene 27 x 1018 moléculas por cm3 . Su velocidad media es de 500 m/seg. Si la presión se aumenta disminuyendo ligeramente el volumen del recipiente, manteniéndose constante la temperatura mediante disipación del calor producido, el numero de moléculas por volumen unitario aumenta y también lo hace el numero de impactos por segundo. Si reducimos el volumen a la mitad o a una cuarta parte, la cantidad de impactos se doblará o cuadruplicará respectivamente, lo cual marcará un aumento igual


11

Maquinas Mineras Aire Comprimido en la presión. Por estar en continuo movimiento, las moléculas poseen energía cinética, la

cual aumenta con la temperatura. El calor, en otras palabras, es la verdadera energía cinética de las moléculas. Esto explica porque un gas enrarecido, con pocas moléculas por unidad de volumen, puede, a elevada temperatura, causar la misma presión sobre un recipiente que un gas mas denso a temperatura inferior.

Dicho de otra forma, la presión pueden producirla muchos

impactos débiles o pocos impactos fuertes. De lo anterior se deduce que si la presión se quiere mantener constante aumentando la temperatura se debe aumentar el volumen del gas. El volumen de un gas aumenta en proporción directa a la temperatura absoluta. La temperatura absoluta se mide en Kelvin (K), utilizando como base el cero absoluto.

La

temperatura correspondiente al cero absoluto es igual a –273,15 ºC, luego la temperatura absoluta (T) se obtiene sumando 273,2 a la temperatura Celsius (t) T = t + 273,2

K

Las condiciones de un gas se definen mediante 3 factores que son: Presión absoluta = p Volumen específico o densidad = v (r) Temperatura absoluta = T Cuando se conocen dos de estos factores, como mínimo, queda determinada la condición del gas. 4.2. PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA:

La cantidad de trabajo producido a absorbido por un sistema es igual a la cantidad de calor introducido o cedido por dicho sistema. 4.3. SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA:

El calor no puede por si mismo pasar de un cuerpo a otro más caliente.


12


4.4. LEYES DE LOS GASES:

- Ley de Boyle: dice que, a temperatura constante, el volumen de un gas varía en relación inversa a la presión V2 /V1 = p1 /p2 o P1 x V1 = P2 x V2 = cte. - Ley de Charles: expresa que el volumen de un gas a presión constante, está en relación directa con la temperatura absoluta. V2 /V1 = T2 / T1 o V1 /T1 = V2 /T2 = cte - Ley de Amonton: la presión de un gas a volumen constante, varía en relación directa con la temperatura absoluta. p2 /p1 = T2 /T1 o p1 /T1 = p2 /T2 = cte. - Ley general de los gases: en ingeniería, normalmente, conviene convertir el volumen molar específico en unidades más usuales de volumen por unidad de masa. Esto equivale a pasar unidades de masa en moles a unidades estándar de masa. Se define el mol como el número convencional de unidades de masa de un mol es numéricamente igual a la masa molecular del gas por lo tanto se obtiene.

p=V=mxRxt Donde: p = presión absoluta en Pa. V = volumen en m3 m = masa del gas Kg. R = constante del gas en J/(Kg x K) T = temperatura absoluta en Kelvin.


13

Maquinas Mineras Aire Comprimido 4.5. COMPRESIBILIDAD: todos los gases sufren una desviación respecto a la ley

general de los gases y en

algunos casos

esta desviación es bastante considerable. La

desviación aumenta con la densidad del gas y con la proximidad al estado liquido. A veces es

necesario que estas desviaciones se tengan en cuenta

compresores. La compresibilidad se deriva experimentalmente

en de

los cálculos de los los datos sobre el

comportamiento real del gas para cambios en p – V – T El factor de compresibilidad (Z), es un multiplicador en la formula básica. La ley general queda entonces modificada así:

p x V = Z x R x T o Z = p x V/R x T 4.6. COMPRESIÓN DEL AIRE 4.6.1.COMPRESIÓN ISOBÁRICA : es un proceso que se desarrolla bajo presión constante.

4.6.2.COMPRESIÓN ISOCÓRÍCA : este es un proceso que tiene

lugar a volumen

constante.

4.6.3. COMPRESIÓN ISOTÉRMICAS:

es el

proceso que tiene lugar temperatura

constante.

5. TRABAJO TÉCNICO DE LA COMPRESIÓN La figura 8, muestra un cilindro compresor con válvulas automáticas. El aire o gas es aspirado del tubo “a”, se comprime y luego se descarga por el tubo “b”. La válvula de aspiración

abre cuando la presión en el espacio “c” es inferior a la de la tubería de

aspiración, y la válvula de descarga abre cuando la presión en el cilindro supera a la de la tubería de descarga.


14


Fig. 8: proceso teórico de compresión (sin perdidas mecánicas ni espacios muertos)

En el diagrama pV se puede ver que cuando el pistón se mueve hacia la derecha., el aire es aspirado a una presión v1 hasta que el pistón llega al extremo. Cuando hace el movimiento de retorno, la válvula de aspiración cierra y el aire atrapado se comprime hasta alcanzar la presión p2 de la tubería de descarga. La válvula de descarga abre y el aire se envía a presión constante hasta que el pistón llega al extremo izquierdo. Si suponemos primero que tenemos un vacío al lado derecho del pistón podemos calcular las siguientes cantidades de trabajo: 2

Wt = ò p x dv - p 2 x V2 + P1 x V1 1

6. FLUJO DE AIRE POR LAS TUBERÍAS (1) Para comenzar y mantener el flujo de un gas en una tubería es necesaria una cierta diferencia de presión,

para vencer la

resistencia por rozamiento de las paredes de la

tubería y acoplamientos, tales como válvulas, codos, curvas, tee, reductores, entre otros. La

(1)

Extraído del Manual Atlas Copco, pag. 50.


15

Maquinas Mineras Aire Comprimido cuantía de la de la caída de la presión depende del diámetro, de la longitud y la forma de

la tubería, además de la rugosidad superficial y del número de Reynolds. La perdida de presión es una disminución de energía y ende un costo operacional. El diseño de las tuberías debe equilibrar este costo con el de la misma tubería .

Existen formulas que

permiten estimar la caída de presión. La longitud de tubería se aumentará para compensar conexiones y acoplamiento (solo para los cálculos). La longitudes añadidas para válvulas y acoplamientos normales pueden observarse en la tabla 2. Por ejemplo, para una válvula de diafragma que tiene 2 pulgadas de diámetro interior, deberá aumentarse 3 m la longitud de la cañería y sí la válvula tiene 4 pulgadas de diámetro, se aumentaría 6 m. Para una válvula esférica de 2 pulgada de diámetro interior, la longitud se aumentará 15 m. Para simplificar los cálculos puede utilizarse la figura 9.


16

Maquinas Mineras Aire Comprimido Tabla 2

Longitud de tubería equivalente en m Diámetro interior de tubería en mm 25

40

50

80

100

125

150

200

250

300

400

0.3 5

0.5 8

0.6 10

1.0 1.6

1.3 20

1.6 25

1.9 30

2.6 40

3.2 50

3.9 60

5.2 80

1.5

2.5

3.0

4.5

6

8

10

-

-

-

-

4

6

7

12

15

18

22

30

36

-

-

7.5

12

15

24

30

38

45

60

-

-

-

2.0

3.2

4.0

6.4

8.0

10

12

16

20

24

32

0.3

0.5

0.6

1.0

1.2

1.5

1.8

2.4

3.0

3.6

4.8

0.4

0.6

0.8

1.3

1.6

2.0

2.4

3.2

4.0

4.8

6.4

Angulo 90

1.5

2.4

3.0

4.8

6.0

7.5

9

12

15

18

24

te. lado recto

0.5

0.8

1.0

1.6

2.0

2.5

3

4

5

6

8

te. salida angular

1.5

2.4

3.0

4.8

6.0

7.5

9

12

15

18

24

reductor

0.5

0.7

1.0

2.0

2.5

3.1

3.5

4.8

6.0

7.2

9.6

Válvula de entrada

Válvula de diafragma Válvula acodada Válvula esférica Válvula antiretorno pivotante Codo curvado Codo curvado

Totalmente abierta semicerrada

Totalmente abierta

Totalmente abierta

Totalmente abierta

Totalmente abierta

R = 2c

R=d


Fig. 9: diagrama de caída de presión

17



18


7. CAMPOS Y OBJETIVOS DEL AIRE COMPRIMIDO (2) Los equipos de compresión de aire son usados ampliamente en muchas minas subterráneas metálicas y no metálicas así como en las minas de carbón. La producción de aire comprimido es cara debido al alto costo de la energía, de los equipos y de los accesorios. Si la cantidad y la presión del aire no están de acuerdo a las necesidades, se origina decrecimiento en la eficiencia de las operaciones que reducen la productividad.

De hecho

la perdida de producción origina un alto costo de un inadecuado sistema de aire comprimido.

Entonces es necesario un optimo sistema de diseño para obtener el aire

requerido a bajo costo.

7.1. CONDICIONES DE DISEÑO: tomando como ejemplo una pequeña mina, el diseño requiere una serie de etapas para una correcta operación: - Determinar los requerimientos de la maquinaria (compresores) - Calcular la cantidad de aire para cada ramal y el total de los ramales. - Ajustar los caudales y presiones de acuerdo a la altitud y a las pérdidas de carga. - Seleccionar correctamente los tamaños y las líneas de las cañerías. - Colocar válvulas y accesorios apropiados. - Calcular los equivalentes en longitud para cada rama. - Calcular la correspondiente caída de la presión.

- Determinar el caudal de aire del compresor, la necesarios. - Determinar los diámetros óptimos.

- Calcular el volumen total del aire requerido. - Estimar los costos.

(2)

SME Marks, capitulo 12-5, pag. 1215

presión de descarga y los HP


19

Maquinas Mineras Aire Comprimido El programa de computación COMPAIR (Gent, 1986) fue usado para el desarrollo

de los ejemplos numéricos de acuerdo a las condiciones de diseño de las figuras 10 y 11. Ver Tabla 3. Los

requerimientos del aire comprimido para los diferentes equipos

deben ser

obtenidos de los catálogos de los fabricantes los cuales serán seleccionados de acuerdo a su óptimo requerimiento con respecto a la potencia consumida Las cantidades se expresan normalmente como el volumen de aire libre que fluye a determinada velocidad y presión

específica. Muchos fabricantes definen el volumen de aire

libre estándar como l pie3 de aire a 60 grados Fahrenheit = 14,7 psi y 0 % de humedad relativa 1pie3 = 0,002832m3 60 ºF = 16,6 ºC 14,7 psi = l0l,4 KPa También es necesario al decidir la compra de un equipo el precio y la repercusión en el costo por metro lineal de material perforado. Si el caudal de aire es insuficiente se deberá a la disminución de aire en la velocidad de penetración.


Fig. 10: ejemplo de esquema de mina

Fig. 1 1: esquema de la red

20



21


Tabla 3: longitudes de cañería de rama y diámetros iniciales

Branch No.

Name

Diameter (in.)

Length (ft)

1

Miami Tunnel

6

750

2

AL

3

400

3

AJ

2

60

4

ALS

2

310

5

Miami Tunnel

6

205

6

B

2

165

7

Miami Tunnel

6

100

8

BRight

2

175

9

BRR

2

120, 60vert.

10

BRight

2

180

11

BR1

2

170

12

BR2

2

190

13

Miami Tunnel

6

240

14

CRight

2

120

15

CR

2

205

16

CRS

2

300

17

Bleft

2

100

18

Shop

2

120

19

Bleft

2

33

20

BL1

2

210

21

BL2

2

240

22

Cleft

3

310

23

CL1

2

180

24

Cleft

3

150

25

CL2

2

130

26

G

2

250


22


8. CLASES DE COMPRESORES Existen dos grupos de compresores: - Compresores dinámicos: en los cuales el aumento de presión se consigue mediante la aceleración del aire con un elemento de rotación o impulsores y la unión posterior a un difusor.

- Compresores de desplazamiento o de pistón: son los que se usan en equipos de perforación. La elevación de la presión se consigue confinando el gas en un espacio cerrado cuyo volumen se reduce con el movimiento de uno o varios elementos. Ver figura 4. Estos equipos son lo mas antiguos y conocidos ya que se han sido empleados en las minas subterráneas para el suministro de aire comprimido a través de redes de distribución instaladas dentro de las minas. Su aplicación ha descendido notablemente, como consecuencia del uso masivo de otras fuentes de energía mas eficientes como son las de electricidad y la hidráulica.

8.1. OTROS TIPOS DE COMPRESORES : - Compresores centrífugos de cinco etapas: son similares a las bombas de agua de distinto número de rotores a 1os cuales nos hemos referido en ventilación de minas. Lo mismo podemos decir de los soplantes de dos impulsores rotativos maquinas

normalmente

llamadas soplantes Roots, no hay compresión interna, la compresión se produce por contraflujo de las descargas cada vez que

un rotor

deja

descarga. Estos soplantes también se utilizan como bombas de vacío.

Fig. 12: compresor portátil

abierta

la compuerta

de


23

Maquinas Mineras Aire Comprimido - Compresores de tornillos: En estas máquinas, la presión de aire se consigue por

la interacción de dos rotores helicoidales que engranan entre si,

uno ancho de cuatro

lóbulos y otro hembras de seis canales. El principio de funcionamiento se puede ver en la figura 13.

Fig. 13: principio de funcionamiento de un compresor de tornillo

El aire penetra en el hueco formado por los dos rotores y la carcaza. A medidas que los rotores giran el aire queda encerrado y comienza a disminuir el volumen donde se aloja. Se le inyecta aceite para sellar la cámara de compresión y disminuir su temperatura, paulatinamente. El hueco ocupado por el aire y el aceite se desplaza disminuyendo su volumen, hasta que se descarga en el recipiente separador de aceite. Esta separación se lleva a cabo primero por gravedad en el interior de un calderín y después con filtro de lana de vidrio, a continuación el aceite se enfría y se filtra antes de volverlo a recircular. En 1a figura 17, se indican los circuitos de refrigeración de un compresor portátil y su motor, los accesorios se muestran el figura 16 y 18. En compresores de tornillo de alta presión el numero de etapas suele ser de dos, como se aprecia en la figura 14.


(a)

24


(b)

Fig. 14: (a) sistema estándar – (b) tornillo de dos etapas

El aceite inyectado tiene tres misiones principales: - Cerrar la Holguras internas - Enfriar el aire durante la compresión - Lubricar los motores. Las ventajas de un compresor a tornillo son las siguientes: - Ocupan un volumen reducido por lo que son ideales para instalar a bordo de las perforadoras. - El montaje es económico. - Ausencia de choques y vibraciones importantes - Reducido mantenimiento. - Baja temperatura de funcionamiento.

- Alta eficiencia. El compresor de tornillo rotatorio Cyclon 475 SR , revoluciona la tecnología de aire comprimido ahorrando un 25 % de energía. La clave de la eficiencia es su capacidad de consumir la energía requerida para comprimir una cierta cantidad de aire – y no mas permitiendo que un compresor de 75 Kw opere a presiones desde 5 hasta 13 bar con caudales de 1,8 a 12,2 m3/min. Este grado de flexibilidad y rango de operación se debe a la utilización de motores de corriente alterna sin carbones ni escobillas, controlado


25

Maquinas Mineras Aire Comprimido digitalmente a través de interruptores de reluctancia y variador de frecuencia, esto permite

que el motor y los elementos de compresión sean acelerados y desacelerados para satisfacer una demanda dada de aire sin desperdiciar energía, determinándose cuando detener el motor, el accionamiento con regulación de velocidad simplemente gira mas rápido o mas lento para satisfacer un nivel requerido de aire.

9. COMPRESORES DE PALETAS Tiene un solo rotor, que monta paletas radiales flotante y cuyo eje es excéntrico con el de la carga cilíndrica. Al girar las paletas se desplazan contra el estator por efecto de la fuerza centrífuga. La aspiración del aire se realiza por un orificio de la carcaza quedando retenido entre cada dos paletas. Al girar el rotor el volumen va disminuyendo y aumentando la presión de aire hasta legar a la hembra de descarga, como se ve en la figura 15.

Fig. 15: compresor de paletas

10. ACCIONAMIENTO DE LOS COMPRESORES Los compresores son accionados generalmente por motores eléctricos, mientras que los compresores portátiles sobre el carro.

se

accionan mediante motores diesel que van montados


26


Para compensar la caída de presión se debe tener un margen de potencia del 10 % al 15%.

Los acoplamientos entre el motor y el compresor se realizan por manchones tipo

tecnoperifles y correas trapezoidales, a través de trenes de engranajes

11. ELEMENTOS AUXILIARES USADOS EN LAS INSTALACIONES DE AIRE COMPRIMIDO 11.1. FILTRO DE ASPIRACIÓN: son indispensables por que evitan el desgaste prematuro de las partes móviles de los compresores, evitando las posteriores averías Es necesario filtrar el aire de su admisión Los filtros deben cumplir los siguientes requerimientos - Eficacia de la separación - Capacidad de acumulación. - Baja resistencia al paso del aire - Construcción robusta. - Mantenimiento sencillo

11.2. SEPARADOR DE AGUA : este elemento, utiliza el efecto de la fuerza centrífuga que adquiere el flujo de aire en su movimiento de giro, para que las partículas de agua choquen contra las paredes del colector produciéndose así el secado del aire efectúa la evacuación por la parte central como se ve en la figura 16.


Fig. 16 : Separador de humedad (Atlas Copco)

Fig. 17: Sistema de distribuci6n de aire comprimido.

27



28


El separador de agua debe colocarse lo mas lejos posible del compresor al mismo tiempo que se mantiene la temperatura del aire por encima de cero.

11.3. DEPOSITO DE AIRE: en las instalaciones de aire comprimido se dispone de depósitos reguladores o depósitos de tanques, cuyas dimensiones dependen de: 1- La capacidad del compresor 2- El sistema de regulación 3- La presión del trabajo 4- Las variaciones estimadas en el consumo de aire Las funciones de estos depósitos son: 1- Almacenar el aire comprimido para atender las demandas puntuales que exceda de la capacidad del compresor ( pulmón) 2- Incrementar la refrigeración y recoger los residuos de agua y aceite. 3- Igualar la variación de presión en la red. 4- Evitar ciclos rápidos de cargas y descargas del compresor

11.4. ENGRASADORES: Para realizar la lubricación de las perforadoras es

preciso

añadir aceite al aire comprimido, lo cual puede realizarse en la propia maquina o en la línea de aire. El principio de trabajo de este tipo de aditamento consiste en hacer pasar el aire a través de un estrangulamiento que dispone de una válvula regulable. La presión del aire de entrada se conecta al tanque de aceite de forma que cuando el aire pase por una sección mas estrecha su velocidad aumente y se produzca una caída de presión que hace que entre el aceite hacia la corriente de aire atomizándose


29


Fig. 18: Sección de un engrasador

Fig. 19: Acoplamiento de garras moderno y boquillas giratorias de conexión

Se puede usar un aceite mineral o un aceite sintético. El aceite sintético reporta algunos beneficios adicionales, esta basado en glicol. lo que hace que la maquina sea menos sensible al agua

que

contrario del aceite mineral.

lleva el aceite. Este aceite sintético es también biodegradable, al


30

Maquinas Mineras Aire Comprimido El aceite sintético es mas caro pero la diferencia del costo total es todavía

insignificante ya que su consumo es mucho menor. Tampoco es necesario la separación del agua al usar aceite sintético.

11.5. ELEVADORES DE PRESIÓN: cuando se utilizan perforadoras con martillo en el fondo de las minas subterráneas, pude ser necesario elevar la presión de aire hasta

1,7

milipascal, que es igual o similar a 17 Kg/cm2, equivalente a 17 atmósferas, si este es suministrado a media presión ( 0,7 milipascal) a través de instalaciones fijas o cuando la perdidas de cargas han sido elevadas igual a 7 Kg/cm2 . El incremento de la presión se consigue con los denominados booster. Este aparato es un compresor que aspira aire o gas comprimido y lo descarga a una presión mas alta. Las aplicaciones de los compresores elevadores son numerosas y

especialmente

en los

campos de petróleo, gas y un cierto tipo de minas. Se utilizan con frecuencia en conducciones largas para compensar la caída de presión.

12. MANGUERAS FLEXIBLES Las mangueras de goma disponen de refuerzos textiles colocados diagonalmente, estos las hacen flexibles y muy resistentes. Generalmente la presión máxima de trabajo es de 1 milipascal, con temperatura admisible desde 40 ºC hasta mas de 100 ºC. Cada fabricante indica las dimensiones estándar de la manguera de goma que mas utilizad, indicando su diámetro interior, su diámetro exterior y su peso, así como la presión máxima de trabajo en milipascales, libra/pulgadas2 o Kg/cm2 . Existen también mangueras de peso reducido, una tercera parte de las mangueras convencionales se fabrican con una capa interior de fibra sintética, embutida en caucho, resistente al aceite y al ozono. Se comercializan en bobinas, esta facilitan su manipulación y minimizan el espacio de almacenamiento. Para usos especiales en circuitos de mayor presión, se reemplazan las fibras sintéticas por mallas metálicas.


31

Maquinas Mineras Aire Comprimido Los acoplamientos de la manguera, defectuosos, no solo quitan potencia sino que

generan riesgos. Los acoplamientos de garras de buena calidad son forjados, mecanizados, templados y cromados. Los métodos de fabricación permiten usar paredes delgadas y de esta manera se puede disponer de

un orificio mas grande para un diámetro de manguera dado.

El

orificio es mecanizado para obtener un centrado perfecto y una superficie lisa. El cierre tiene un asiento mecanizado donde se encaje perfectamente y no perturba el flujo de aire. Al usar acoplamientos de goma con una boquilla giratoria la resistencia a la tensión de la manguera no causara molestia cuando se hace la conexión. Para las conexiones se emplean todo un conjunto de elementos desde acoplamientos de goma, acoplamientos roscados, conectores tipo VICTAULIC. En materia de aire comprimido se han incorporado nueva tecnología para una mejor eficiencia, ahorro de

combustible

y menor nivel de emisiones de gases

contaminados.

13. CONCEPTOS ACTUALIZADOS SOBRE AIRE COMPRIMIDO En estos momentos son los compresores a tornillo los que han desplazado el sistema clásico de pistones. Razones hay muchas: mayor eficiencia, flujo constante en la entrega del aire, menor consumo de energía y la posibilidad de regular la salida del aire cerrando la admisión del mismo. El compresor de tornillo comprime solo cuando se lo desea o requiere. Es decir, se puede cerrar la admisión del aire y sigue girando pero sin comprimir con lo que el motor baja a una potencia mínima y por ende su consumo también es bajo. Dentro

de los compresores portátiles

INGERSOLL-RAND

tiene maquinas desde

los 100 pie3 /min hasta los 1600 pie3 /min. En los rangos de presión que van desde las 100 libras/plg2 hasta las 350 libras/plg2 .

7 kg/cm2 = 100 libras/plg 2 Para la minería los mas usados están en el rango de 600 pie3 /min = l6,8 m3 /min hasta los 900 pie3 /min (24 m3/min) usados en el apoyo de labores de perforación Se recalca que todavía trabajan en muchos asientos mineros con equipos neumáticos en sus perforaciones,


32

Maquinas Mineras Aire Comprimido pero en los países desarrollados estos equipos ya están fuera de uso porque han sido

reemplazados por equipos hidráulicos donde el compresor se usa solo para el barrido en la perforación y viene incorporado en el equipo. Para lo único que se sigue usando el compresor es para la perforación con martillo de fondo y para la minería subterránea. Dentro de este equipo de maquinas se han Introducido mejoras en el panel de instrumentos y en el control de la maquina, tiene sistema de protección que los hacen parar automáticamente por la alta temperatura de descarga del aire, por la baja presión de aceite

en el motor y por la alta temperatura

del

refrigerante, otra

novedad

es la

disminución del nivel del ruido, según la norma EPA no se admite que a 7 metros de distancia se tengan mas de 76 decibeles. O sea ni siquiera se necesitan protección de oídos,

lo

mismo podríamos decir de los

compresores

portátiles marca COMP-AIR Y

HOLLMAN. Estas maquinas necesitan menos potencia para la misma cantidad de aire. Una innovación importante en el diseño de los tornillos es que se trata de tornillos asimétricos de distintas dimensiones. Es decir mientras el rotor hembra tiene 5 lóbulos, el macho solo tiene 4. Con esto se logra reducir el tamaño del espacio que quedaba entre la carga y los rotores en un 90% disminuyendo la capacidad de perdida. En los equipos de dos etapas existen compresores entre los 100 y 600 HP de potencia, con capacidades de 515 a 3100 pie3/min = 86,8 m3/min y presiones de trabajo de 100 a 175 lb/pulg2 . No solo ofrecen una gran confiabilidad en el mecanismo de los tornillos, sino que también proveen un desempeño

inalcanzable para los tradicionales compresores de pistón o reciproco y los de

paletas. Estos compresores de tornillos para aire, exento de aceite, pueden

seleccionarse con

capacidades entre 250 lts/seg, (500 pie3/min) a 700 lts/seg (1500 pie3 /min), con presiones desde 100 hasta 150 psi (lb/plg2). Atlas-Copco

fabrica secadores de absorción MD y refrigeradores,

FD, también

tienen a la venta una innovación significativa en la línea de aire industrial, este tipo de compresores tiene un motor

de velocidad variable lo que permite un importante

ahorro

energético, al variar la frecuencia eléctrica del motor también varia la velocidad y por lo tanto la cantidad de aire que entrega el compresor. Es decir el convertidor regula un motor de inducción de frecuencia y voltaje variables, que funciona exactamente a la velocidad


que necesita el

compresor,

estos

33

Maquinas Mineras Aire Comprimido aditamentos eliminan la necesidad de un tren de

engranaje. Es decir, este sistema de acondicionamiento de velocidad variable mide de forma precisa la presión y consecuentemente monitorea el convertidor de frecuencia y la velocidad de

funcionamiento

del compresor, es así como se

mantiene

presión de funcionamiento o suministro dentro de una banda estrecha

constante

la

de presiones

adaptando así la capacidad del compresor a la demanda de aire comprimido. Puesto que el sistema controla continuamente la velocidad no hay necesidad de estrangulación

en

la

aspiración de aire ni de un sistema de regulación, traduciéndose este en ahorro potencial de energía. Referente a las tuberías de aire comprimido (Ingersol-Rand) ha dado un nuevo horizonte tecnológico en tuberías de aire de alto rendimiento, es una tubería de aluminio anodizado en la cual no se produce corrosión, sabemos que los contaminantes son el enemigo número uno en los sistemas de aire comprimido, extraer contaminantes tales como la humedad, el aceite, los gases, las bacterias y las partículas sólidas del aire en el sistema es de suma importancia para evitar altos costos de mantenimiento, perdidas de tiempo de producción y daños de instrumentos así como daños en las maquinarias de aire. Como se ha dicho existen filtros y aparatos de secado para evitar los contaminantes. Pero en la

tubería convencional se produce oxidación y corrosión. En la actualidad se evitan

estos fenómenos con la mencionada cañería de aluminio anodizado que aparte de ser liviana son modulares y gracias a esta característica es fácil de instalar, simple de extender o modificar evitando soldaduras, refuerzos y complejos sistemas de soportes de tuberías de acero. Grandes empresas mineras de nivel mundial lo están utilizando y resisten presiones de trabajos de 200 psi.(pound Square Inch = Libra/Pulgada2 )


34


14. INSTALACIONES DE AIRE COMPRIMIDO Se hablado sobre las precauciones para este tipo de instalaciones que deben hacerse en lugares frescos, aireados y protegidos de humo y polvos así como la instalación de un filtro de aspiración que tendrá medio metro cuadrado por metro cúbico de aire

aspirado

por minuto para la conducción de aire, también hemos hablado sobre depósitos de reserva que tendrá las dimensiones de acuerdo con la producción del equipo. Las velocidades del aire deben ser de 3 a 4 m/seg y no mayores de 6 m/seg Los consumos de aceite pueden estimarse en 0,125 gramos por cada CV/h en compresores de 20 a 40 CV y aumentándose a 0,25 gramos para potencias de 150 a 200 CV o mas, lo mismo hemos dicho de las tubería pero recalcamos que para presiones menores de 7 atm. se puede usar tubos de fundición pero el inconveniente es el peso el cual llega a ser 3 o 4 veces el del acero para un diámetro igual. Se usan los tubos Manesman sin soldaduras tipo estirado en las instalaciones corrientes o normales y las juntas son de tipo elásticas constituidas por dos anillos metálicos que se unen con tornillos y se comprimen contra la tubería a un anillo de caucho que asegura el cierre. Algunos martillos de mano tipo INGER-SOLL-RAND 130 pesan 16 Kg tienen una longitud 486 mm un diámetro del cilindro de 60,3 mm , una carrera de pistón de 54 mm y un consumo de

aire de l,78 m3/min, trabajan en seco, el tipo 140 pesan 24 Kg, longitud

568 mm diámetro del cilindro 63,5 mm, carrera del pistón 66i mm y consumo de aire 2,4 m3 /min. Los

martillos Joy Sullivan

tipo L 37 pesan 17,6 kg longitud 458 mm;

diámetro igual a 63,5 mm, carrera igual a 57,1 mm, consumo 1,57 m3/min , trabajan en seco y con inyección de agua. Características de los martillos Ingersol-Rand , tipo TV 35: Peso ------------------------------------ 76 Kg Longitud-------------------------------- 1473 mm Carrera--------------------------------- 85 mm Diámetro------------------------------- 89 mm Consumo ------------------------------- 5,25 m3 /min


35


15. CALCULO DE UNA TUBERÍA DE AIRE COMPRIMIDO Con el diagrama del ingeniero ZACCAGNINI, ver figura 20, se puede calcular el caudal, la potencia del motor y el diámetro de la cañería

(3)

. Por ejemplo: con un compresor

que aspira 10 m3 /min., se debe enviar el aire comprimido a un punto de bifurcación distante 500 m; desde este punto prosigue un ramal de 900 m y otro de 450 m. Los consumos respectivos son de 2 y 6 m3 /min. Usando el diagrama se puede calcular: - El diámetro a adoptar en la conducción del aire para la instalación. - La perdida de carga para cada tramo y por consiguiente la presión que habrá en los puntos de consumos. La presión del aire de partida es de 7 atm. En el diagrama se observa que la curva correspondiente a 10 m3/min. da para una longitud de 500 m un diámetro de 3". A esta distancia la perdida de carga es de 270 gr/cm2 (0,27 atm) , tal que la presión se reduce de 7 a 6,730 atm o 6,73 Kg/cm2 En la curva para un consumo de 2 m3 /min y para una distancia de 900 m y un diámetro de 1,3/4, la perdida de carga es de 420 gr/cm2 . Por lo tanto a la llegada del punto de consumo la

presión de aire será: 6,73 – 0,42 = 6,31 atm. Análogamente tomando la

curva de 6 m3 /min se encuentra para 400 m de distancia el diámetro de 2 ¾” correspondiente a una perdida de

carga de 250 gr/cm2 , luego se tendrá una perdida de

presión final de 6,73 - 0,25 = 6,48 atm. Inversamente, dada una tubería de diámetro y longitud se puede establecer el caudal y la perdida de carga. La longitud “L” de la tubería es la que corresponde a una perdida de carga total en la que se tiene en cuenta las perdidas debido a las distintos tipos de válvulas , curvas, piezas en “tee”, reducciones etc.

(3)

Manual del ingeniero Colombo


Fig. 20: Perdida de presión en G

36



37


16. PROBLEMA DE AIRE COMPRIMIDO Determinación de caballos de fuerza de un compresor al freno: El cálculo de los caballos de fuerza de un compresor es simple, si se asume que el ciclo de un compresor es un proceso adiabático, en realidad el ciclo no es adiabático ni isotérmico pero se encuentra en algunas partes entre los dos. Si se desea calcular los caballos de fuerza para un solo compresor de una fase y el proceso se asume adiabático se aplica la siguiente relación.

i hp/100 acfm = 1,542 Ps (r0,283 – 1) [1] Para calcular los caballos de fuerza para un compresor de dos fases, se usa una formula ligeramente diferente:

i hp/100 acfm = 3,084 Ps (r0,1415 – 1) [2] las ecuaciones [1] y [2] determinadas, indican caballos de fuerza, pero no los caballos de fuerza al freno. Para obtener los caballos de fuerza al freno, de lo indicado, se debe dividir los caballos de fuerza por la eficacia apropiada que normalmente esta alrededor del 85 %.

1) La mina dada en este problema, dispone de un compresor de pistón de dos fases con una eficacia mecánica del 87 %. Determinar los caballos de fuerza normales y los caballos de fuerza al freno para dicho compresor.


38


CÁLCULOS a) para el análisis de CAGH, la compresión normal inicial (ihp) y los caballos de fuerza al freno (bhp) son los siguientes:

r = (105,6 + 10,4)/10,4 = 11,154 ihp = [(3137) x (1,41)/100] x (3,084) x (10,4) x (11,1540,1415 –1) = 577 bhp = 577/0,87 = 663,2 o aproximadamente 675 (503,3 kW) b) Para el análisis volumétrico: r = (123 + 10,4)/10,4 = 12,827 ihp = (4423/100) x (3,084) x (10,4) x (12,8270,1415 –1) = 616,9 bhp = 616,9/0,87 = 709 o aproximadamente 725 (540,6 kW) c) Para el análisis del flujo de masa: r = (125 + 10,4)/10,4 = 13,019 ihp = (4423/100) x (3,084) x (10,4) x (13,0190,1415 – 1) = 621,1 bhp = 621,1/0,87 = 713,9 o aproximadamente 625 (540,6 kW) La proporción de flujo de masa de 3,98 bm/seg l fue convertida a scfm para mejorar el cálculo anterior. Los caballos de fuerza requeridos aumentan a medida que aumenta la presión. Cuando se calculan los caballos de fuerza usando el método de CAGH resulta, que el flujo se corrigió para la altitud desde que la compresión afecta los caballos de fuerza, y por consiguiente todos los cálculos deben hacerse a las condiciones reales. Los otros métodos ya consideraron la altitud. Al seleccionar compresor/es, debe tenerse en cuenta el número de compresores que se compran. Puede seleccionarse un compresor grande o compresores mas pequeños múltiples con tal de que los requisitos de capacidad estén satisfechos. Los arreglos para compresores múltiples son mas caros tanto en costos iniciales de capital como en costos de


39

Maquinas Mineras Aire Comprimido mantenimiento, sin embargo, ellos son seguros contra el cierre completo, y su compra

puede extenderse con el tiempo a medida que la mina se extienda. Determinar el volumen del receptor es el próximo pasa en el plan.

Las

recomendaciones típicas para el tamaño del receptor son 10 a 20 % de la capacidad del compresor, o alternativamente se pueden usar tablas proporcionadas por los fabricantes. Para la mina del ejemplo, por la regla anterior se requiere una capacidad del receptor entre 400 y 800 ft3 (11,3 y 22,7 m3 ). Un receptor de 400 ft3 (11,3 m3) se seleccionará como capacidad adicional y proporcionado por la red.

De hecho, con redes grandes donde las

proporciones de flujo son muy altas, la capacidad de la superficie del receptor es generalmente despreciable. Los receptores pueden ser útiles para proporcionar demandas de corta duración que exceden la capacidad del compresor, por ejemplo, si se activan numerosos equipos de aire al inicio de un cambio. En este caso, debe usarse otro método para estimar la capacidad del receptor (Rollins, 1973):

Vr = T x C x Pe /(Pri – Prf )

4 Aire Comprimido en minería- Ing. Marquina

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