CORRIENTE ELÉCTRICA EN MINERÍA

SERVICIOS AUXILIARES MINEROS

1.- DEFINICIÓN Es el paso de la electricidad (forma de energía) de un punto a otro por medio de un conductor, cuando entre ambos puntos existe una diferencia de potencial. Dos cuerpos cargados de igual clase de electricidad se repelen al ser aproximados uno al otro. Se atraen si uno de ellos es negativo y el otro positivo. La corriente eléctrica se manifiesta por los siguientes fenómenos: fenómenos: - El conductor atravesado por corriente electríca desprende calor. - La corriente eléctrica produce en torno al conductor un campo magnético. La energía eléctrica se utiliza en las diferentes labores mineras para accionar máquinas de movimiento rotativo (izaje, bombas, cable carril, LHD, ventiladores, fajas transportadoras, locomotoras, puertas, comunicaciones, etc.) Electricidad: Es una forma de energía. Se produce cuando se frotan entre sí dos cuerpos, o por otras causas y manifiesta su acción por fenómenos meca´cinos (atracciones, repulsiones), luminosos (emisión de chispas), fisiológicos (conmociones nerviosas) y químicos (descomposición de ciertos cuerpos). Corriente Alterna (Altern current, AC): Es aquella en que el sentido del movimiento de las cargas o electrones se invierten periódicamente, o sea que un mismo polo es positivo, negativo, positivo, y así sucesivamente, a un ritmo de 100 a 120 veces por segundo. Es generado por un alternador. alternador. Los efectos magnéticos magnéticos y químicos de la AC no son constantes. Sus Sus efectos calóricos si son constantes. No sirven para los procesos de electrólisis (descomposición química de compuestos líquidos al pasar por ellos una corriente contínua). Los motores electrodomésticos y las lámparas de incandescencia funcionan con AC o corriente contínua.

Corriente Contínua: O directa ( Direct current, DC ), es aquella en que la dirección o polaridad de la corriente es siempre la misma y surte efectos constantes. Uno de los conductores transporta siempre la energía hacia el lugar requerido (polo positivo ) y el otro hacia el generador (polo negativo), cerrando el circuito de alimentación. Es generado por un Dínamo. En minería se usa para el accionamiento de locomotoras de trolley y para la carga de baterías.

RODRIGUEZ DORREGARAY, Fernando

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Acumuladores eléctricos: Pueden ser considerados como una pila reversible, o sea capaz de recargarse un número indefinido de veces por un fenómeno contrario al de la descarga. Son aparatos o instalaciones apropiadas para acumular energía eléctrica con objeto de cederla posteriormente. Los acumuladores más usados son: Acumuladores de plomo o ácido.- Cada uno de sus elementos consisten en dos placas de plomo que se bañan en una solución de ácido sulfúrico de densidad comprendida entre 24 y 28 grados BAUME (areómetro, instrumento cuya mayor o menor flotabilidad en un líquido depende de la densidad de éste y que convenientemente graduado, permite medir no solamente la densidad, sino también el grado de concentración de la dilución). Cuando estas placas se conectan con los polos de un manantial de corriente continua la placa positiva absorve oxígeno y se forma en ella peróxido de plomo, mientras que la negativa recibe hidrógeno que elimina el oxígeno por reducción, quedando solamente plomo esponjoso.

Acumulador de ferroníquel o alcalino.Las placas positivas son de níquel y las negativas de cadmio y hierro, y el electrolito es una solución de potasa. Estos acumuladores son mucho menos pesados y voluminosos y requieren pocos cuidados. Su tensión es de solo 1.25 voltios por elemento y la energía recuperable es superior a la que dan los acumuladores de plomo.


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Generador, generatriz Es un aparato productor de energía eléctrica por transformación de otra fuente de energía. El alternador (corriente alterna) y el dínamo (corriente contínua) son los principales generadores de corriente eléctrica.

2.- OBTENCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA La electricidad se obtiene en las CENTRALES ELÉCTRICAS, por medio de generadores que aprovechan la forma de energía requerida. Toda central hidroeléctrica consta de un manantial de energía, aparatos motores (ejemplos turbinas), alternadores y una estación transformadora que eleva la tensión de la corriente para facilitar su transporte.


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Central Hidráulica o Hidroeléctrica.- En estas centrales se aprovecha la energía cinética del agua dejándola caer sobre los alabes de una turbina hidráulica. Existen tres tipos principales de turbinas hidráulicas: Las de PELTON para saltos muy grandes (de 200 a cerca de 2,000 metros), funciona con agua a elevada presión que desciende por conducciones forzadas sobre los alabes o paletas en forma de concha. Las de FRANCIS para alturas menores de 200 metros. Las de KAPLAN para saltos de 5 a 15 metros.


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Central Eólica.- Se funda en el mismo principio de los molinos de viento. Consiste en un aerogenerador (generador de energía eléctrica constituido por un aeromotor o turbina de viento acoplada con un dinamo o alternador) cuya energía es proporcional al cubo de la velocidad del viento. Por consiguiente, solo es practico cuando la velocidad del viento es superior a 20 km/hora y sopla con regularidad.

Central Geotérmica.- Es una central térmica movida por los vapores subterráneos de las regiones volcánicas; los vapores se captan con tuberías y se inyectan directamente en las turbinas a temperaturas de 200 ºC.


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Central Heliotérmica.- Aprovecha la energía solar.

Central Térmica.- Produce energía eléctrica a partir de la energía calorífica desprendida por la combustión de carbón, gas, aceite u otros combustibles. Central Mareotríz.- Es una central hidráulica movida por el agua de mar en zonas de mareas bastante grandes.

Central Nuclear.- Es una central térmica en la cual el calor necesario para vaporizar el agua proviene de la desintegración de los átomos de Uranio en un reactor nuclear (aparato o instalación en la cual se desintegra en cadena una materia fisil – puede experimentar la fisión o rotura). RODRIGUEZ DORREGARAY, Fernando

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Energía solar.- Que se convierte con fotopilas o pilas solares Radiactividad.- Utilizando isótopos radiactivos dispuestos en el seno de un bloque de molibdeno. 3.- REDES DE DISTRIBUCIÓN El objeto de las redes eléctricas es la distribución de la energía procedente de las centrales productoras, que pueden estar emplazadas en el mismo lugar de utilización, o en otros muy distantes, en cuyo caso es conducida hasta el centro consumidor por largas líneas de transporte. El conjunto de las distintas líneas unidas entre sí forman un sistema de MALLAS O REDES DE DISTRIBUCION. Las redes de distribución pueden ser de alta y de baja tensión (1000 a 220000 voltios y 110 a 500 voltios respectivamente ). Las redes de distribución pueden ser aéreas o subterráneas.


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3.1.- La Distribución de Energía en el Interior La energía eléctrica es conducida al interior de la mina en forma de corriente trifásica de alta tensión a 5000 o 6000 voltios, algunas veces también de 2000 voltios. En las estaciones locales o de transformación se reduce la alta tensión a baja tensión, mediante transformadores. Para baja tensión se utiliza actualmente casi exclusivamente la de 440 v.


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3.2.- Puesta a Tierra O toma de tierra, puede ejecutarse introduciendo en el terreno planchas de hierro o cobre estañado, a las cuales se suelda el conductor unido al neutro de la red. Pero el mejor procedimiento para obtener buenas tierras es emplear tubos de hierro galvanizado de 30 a 50 milimetros de diametro, y de una longitud de 2 a 2.5 metros que se introduce en el terreno, dejando al exterior unos 20 centimetros y evitando que entre tierra en su interior. En terrenos poco humedos se llena el tubo de sal y se vierte en él agua, hasta que se disuelva.

3.3.- Cables eléctricos en mina Los únicos metales empleados en la fabricación de conductores para las distribuciones eléctricas son el cobre y el aluminio. El cable eléctrico de mina está destinado al transporte de la energía, y debe para ello satisfacer a los muchos imperativos que impone la explotación. Citaremos entre otros: a) La resistencia a la humedad o al agua de la mina, especialmente en los pozos. b) La resistencia a los choques accidentales: caída de piedras, derrumbes, voladuras, etc. c) La resistencia al desgaste, a la tracción y al enrrollamiento/desenrrollamiento repetidos. a.- Clasificación de los Cables de Mina Se clasifican en:


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Cables Armados, en instalaciones fijas y permanentes, al contar con una armadura metálica

Cables Semiflexibles, para instalaciones eléctricas semimóviles y de corta duración (winches, ventiladores secundarios y auxiliares, etc.). Cables Móviles, es decir que debe soportar movimientos bruscos permanentemente como enrollado/desenrollado de los LHD eléctricos. Según INDECO, los cables para minería según uso y tipo de explotación son como siguen: USOS TAJO ABIERTO SUBTERRÁNEO Instalaciones fijas N2XSY N2XSY N2XSEY N2XSEY NSXSEBY NSXSEBY Instalaciones portátiles SHD N2XSY N2XSEY Palas SHD – GC LHD, Jumbos de W, G, G-GC W, G, G-GC, NPT perforación Según CEPER, para uso móvil: desde 2,000 a 15,000 voltios (tipo W, G-GC, SHD-GC, etc.) Para instalciones fijas: desde 5,000a 15,000 voltios (tipo MP-GC)


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4.- CÁLCULOS DE CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN UN ASIENTO MINERO 4.1.- Consideraciones: -

-

-

Se tiene en cuenta las áreas que requerirán energía eléctrica (Mina, Planta Concentradora, Area industrial, Campamentos), considerando la cota de trabajo, las maquinarias eléctricas (HP), el voltaje, la eficiencia del motor, las horas/día y días/mes de trabajo, entre otras, para los cálculos correspondientes. Iluminación de Áreas Techadas.- Se determinan las superficies techadas que requeriran energía eléctrica para su funcionamiento, tanto de mina, planta concentradora, area industrial y campamentos (viviendas). Según el código eléctrico del Perú, se requiere 20 Watt/m 2 de área techada en las oficinas de trabajo y 30 Watt/m2 de área techada en las viviendas, comedores hoteles, escuelas hospitales, etc. Artefactos Eléctricos.- A la potencia eléctrica (P) y al Consumo (KWH/MES) se les agrega empíricamente 5% por este concepto, por los equipos eléctricos domésticos e industriales. Pérdidas de Distribución. - A la sumatoria Potencia Eléctrica (P) y al consumo/mes requerido (KWH/MES requeridos), se les agrega empiricamente 1% por este concepto, a fin de obtener P total y KWH/MES total respectivamente.

4.2.- Procedimiento convencional En cada Area, se agrupan las maquinarias que tienen iguales voltajes, eficiencias, hora/día y día/mes, a fin de evitar el cálculo individual de ellas. De no ser posible lo anterior, se efectuarán los cálculos para cada máquina. Se hallarán HP Corregida, I, P y Consumo. Se calculan los requerimientos para áreas techadas. Se suman las Potencias y Consumos hallados. A la suma anterior se incrementa 5 % por artefactos electrodomésticos A la suma anterior se incrementa 30 % por artefactos eléctricos (sólo para Area Industrial) Al resultado anterior se le incrementa 1 % por Pérdida de Distribución de energía eléctrica, obteniéndose así los requerimientos totales. 

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Serán necesarias las siguientes fórmulas: Intensidad para motores eléctricos I = W/V = (HP * 0.746 * 1000)/V; Amp Intensidad para áreas techadas I = (m2 * Watt/m2)/V; amp Potencia P = (√3 * cos δ * V * I * e ) /1000; KW Consumo de energía eléctrica KWH/mes = P * hora/dia * dia/mes; kWH/mes Donde: I = Intensidad de una corriente eléctrica expresada en amperios. W = Watt, nombre de vatio en la terminología internacional. Es una unidad de potencia cuyo símbolo es W. V = Voltio, unidad de fuerza electromotriz, equivale a la tensión o diferencia de potencia existente entre dos puntos de un conductor por el cual pasa una corriente de un amperio cuando la potencia disipada entre los mismos es de un vatio. RODRIGUEZ DORREGARAY, Fernando

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HP = Unidad de potencia inglesa que equivale a 1.00138 * cv. P = Potencia engendrada o absorvida, que se expresa en vatios y es igual al producto de la tensión (en voltios) por la intensidad (en amperios); Kw Cos δ = Parámetro que es igual a 0.87, de acuerdo al Código Eléctrico del Perú. e = Eficiencia del motor que oscila entre 0.85 y 0.95. KWH= Cantidad de energía eléctrica consumida por hora.

Ejemplo: Requerimientos de energía eléctrica para Area Mina (3,620 m.s.n.m.)

Desarrollo 1.- Maquinarias Bombas de agua y winches HP correg = 105 – (105 * 0.362) = 67 I = (67 * 0.746 * 1000)/440 = 114 amp P = (√3 * 0.87 * 440 * 114 * 0.9)/1000 = 68 KW KWH/MES = 68 * 12 * 26 = 21,216 KWH/MES Locomotoras, motor winche izaje y motor cable carril HP correg = 370 – (370 * 0.362) = 236 I = (236 * 0746 * 1000)/440 = 44 amp P = (√3 * 0.87 * 440 * 0.9)/1000 = 239 KW KWH/MES = 239 * 16 * 26 99,424 KWH/MES

Scooptram eléctrico RODRIGUEZ DORREGARAY, Fernando

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HP correg = 40 – (40 * 0362) = 26 I = (26 * 0,746 * 1000)/440 = 44 amp

P = (√3 * 0.87 * 440 * 44 * 0.9)/1000 = 26 KW KWH/MES = 26 * 18 * 26 = 12,168 KWH/MES

Compresora estacionaria HP correg = 150 – (150 * 0362) = 96 I = (96 * 0.746 * 1000)/440 = 163 amp


Ventiladores HP correg = 193 – (190 * 0.362) = 123 I = (123 * .0.746 * 1000)/440 = 209 amp


2.- Area techada a iluminar I = (1545 * 20 )/220 = 141 amp


Suma de cantidades halladas: P (KW ) Bombas de agua, winche 68 Locomotora, motor winche izaje, motor cable carril 239 Scooptram eléctrico 26 Compresora estacionaria 97 Ventiladores 125 Area techada 42 SUB TOTAL 597

3.- Incremento 5 % por artefactos eléctricos SUB TOTAL RODRIGUEZ DORREGARAY, Fernando

30 627

KWH/MES 21,216 99,424 12,168 60,528 90,000 17,472 300,808 15,040 315,848 Página 17


4.- Incremento 1 % por pérdida de distribución TOTAL REQUERIMIENTOS AREA MINA

6

3,159

633

319,007

Siguiendo similar procedimiento, se hallarán los requerimientos de energía eléctrica para Planta concentradora, Talleres y Campamentos.

4.3.- CÁLCULO DE COSTOS DE ENERGÍA ELÉCTRICA Datos: REQUERIMIENTOS

COSTO TOTAL VIDA UTIL $ MES

6 grupos electrógenos PAXMAN de 1135 HP y 628 KW c/u de potencia instalada 3 bancos de transformación que abastecen a transformadores aéreos de mina, planta concentradora, Area industrial y Campamentos

21000

240

8000

240

4 depósitos de petróleo ( tanques de fierro de 5500 galones de capacidad c/u con tuberías de fierro para alimentación y accesorios e instalaciones

3000

240

3 kilómetros de conductores de alta y baja tensión, armados, semiflexibles y flexibles e instalaciones

24000

240

20 torres y postes diferentes tipos y materiales e instalaciones

96000

240

1 casa de fuerza (Sala generadores, talleres, oficina, SH, vestuario, patio de transformación, instalaciones).

12000

240

117,000 gln/mes de petróleo

140040

1

360 240 2160

1 1 1

Sueldos y salarios: 1 jefe planta 1 Sobrestante 12 Maestros y oficiales tasa de interés 2 % mensual


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Se obtiene el costo de propiedad y de operación de los grupos electrógenos, bancos de transformación, depósitos de petróleo y torres.

Cálculos: Se obtiene el costo de operación de Casa de Fuerza, combustibles y salarios (ver texto Maquinaria y Equipo Minero, Capítulo Costos, del mismo autor). Grupos electrógenos A = D = RyMO = Bancos de Transformación A = D = RyMO = Depósitos de Petróleo A = D = RyMO = Conductores A = D = RyMO = Torres y Postes A = D = RyMO = Casa de Fuerza = Petróleo = Sueldos y Salarios: Jefe General = Sobrestante = Oficiales, Maestros = SUBTOTAL Otros (10%) = TOTAL =

423.6557 70.0000 87.5000

$/mes

161.3927 26.6667 33.3333 60.5222 10.0000 12.5000 484.1780 80.0000 100.0000 1936.7118 320.0000 400.0000 50.0000 140040.0000 656.1360 437.4240 3936.8160 149326.8364 $/MES 14932.6836 164259.5200 $/mes

Costo/KW Costo/KW

= Costo total/potencia = 164259.52 $/mes / 3794 KW/mes = 43.30 $/KW Costo/KWH = Costo Total/Total KWH/MES Costo/KWH = 164259.52 $/mes / 1687700 KWH/MES = 0.09733 $/KWH


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