“AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO”
FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS Y METALÚRGICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINA
Integrantes
: Canales Rojas Diana : Olarte Tutacano Midori
Docente
: Ing. Ruben Rivera Ch.
Curso
: Ventilación de Minas
INTRODUCCIÓN
La Ventilación de Minas, tiene por misión principalísima el suministro de aire fresco con el objeto de lograr condiciones ambientales y termoambientales adecuadas para todo el personal que labore en faenas mineras subterráneas, como también para atender la operación de diversos equipos e instalaciones subterráneas.
VENTILACIÓN EN MINERÍA
La Ventilación de Minas, tiene por misión principal el suministro de aire fresco con el objeto de lograr condiciones ambientales y termo-ambientales adecuadas para todo el personal que labore en faenas mineras subterráneas, como también para atender la operación de diversos equipos e instalaciones subterráneas La ventilación natural resulta un factor importante en los sistemas de ventilación bajo tierra. Con este diseño, el aire se introduce por la bocamina principal de ingreso y recorre todo el circuito de ventilación hasta salir de la mina por la otra bocamina. La diferencia de alturas entre la bocamina de entrada y la de salida es fundamental para que exista una buena ventilación natural, además del intercambio termodinámico que se produce entre el interior de la mina y la superficie. La energía térmica que se agrega al sistema se transforma en energía de presión, con lo cual puede producir un flujo de aire debido a que el aire caliente desplaza al frío, con lo que se produce circulación de aire en el espacio subterráneo.
VE NTILAC IÓN NA TUR AL Es el flujo natural de aire fresco al interior de una labor sin necesidad de equipos de ventilación. En una galería horizontal o en labores de desarrollo en un plano horizontal no se produce movimiento de aire. En minas profundas, la dirección y el movimiento del flujo de aire, se produce debido a las siguientes causas: diferencias de presiones, entre la entrada y salida. Diferencia de temperaturas durante las estaciones La ventilación natural ha sido y sigue siendo utilizada en minería, en muchos casos, como sistema único. La ventilación natural es muy cambiante, depende de la ‚poca del año, incluso, en algunos casos, de la noche y el d¡a. Debe controlarse y tratar de usarse, puede entregar presiones desde unos pocos milímetros de columna de agua a, en casos de minas profundas, unos 80 mm.c.a. En realidad, más importante que la profundidad de la mina es el intercambio termodinámico que se produce entre la superficie y el interior. La energía térmica agregada al sistema se transforma a energía de presión, susceptible de producir un flujo de aire. Muchas veces se dice que la ventilación natural se produce a causa de la diferencia de peso entre dos columnas de aire, cuando, en realidad esta
diferencia de peso, o mejor el cambio del peso específico del aire es consecuencia de la adicción de la energía térmica al aire. Es igual al fenómeno que se produce en las chimeneas donde el aire caliente sube y desplaza al aire frío produciendo circulación. En una mina sin ventiladores se establece una ventilación natural como consecuencia del calentamiento del aire por tal razón el caudal tiende a subir.
CIRCUITOS DE VENTILACIÓN La forma como se encuentren conectadas las galerías en una mi na subterránea deciden la manera de como se distribuirá el caudal de aire dentro de ellas y la depresión del circuito. La mayor o menor complicación en la resolución de un sistema de ventilación esta íntimamente ligado a las conexiones de las galerías dentro de él
1.- Circuitos básicos de ventilación. Los tipos básicos de combinación de ductos y galerías en un sistema son el serie y el paralelo. Además de estos se presentan combinaciones complejas llamados mixtos.
1.1.- Circuitos en serie: El flujo en serie resulta cuando todas la galerías se conectan extremos a extremos, la energía en los circuito en serie es elevada, Para un caudal dado las caídas son acumulativas y las resistencias son acumulativas. Si no existieran pérdidas, el caudal de aire permanece constante.
Q1 = Q2 = Q3 = ... = Qn La resistencia total del sistema es igual a la suma de las resistencias parciales.
R = R1 + R2 + R3 + ... + Rn La caída de presión total del sistema es igual a la suma de las depresiones parciales.
H = H1 + H2 + H3 + ... + Hn
Donde:
Q= caudal en ft3 /m H= perdida de presión en in. water R= resistencia in. –min2 /ft6
CIRCUITOS DE AIRE EN PARALELO En este tipo de circuitos, la corriente de aire se ramifica en un punto o dos o más corrientes convergen en un punto común. Se distinguen dos tipos de circuitos en paralelo: cerrado y abierto. En el circuito cerrado, la corriente de ventilación se ramifica en un punto y se juntan en otro. En el circuito abierto, los flujos ramificados en un punto no se vuelven a juntar. Es común el caso de que dos o más ramales se junten en un punto común.
VENTILACIÓN NATURAL EN MINA IDEAL En el caso de una mina ideal el análisis gravimétrico de la situación es el aumento de presión en la columna de aire liviano caliente el cual ha sido calentado en la labor que une a los dos piques. Con ello se presenta una diferencia de presión en las dos salidas que genera el movimiento. Un análisis termodinámico del proceso nos lleva a COMO MINA IDEAL PENSEMOS QUE: No existe pérdidas de fricción ni choque (H = 0 Kg/m2); La energía cinética no tendrá importancia; Los procesos en el interior de la minas son adiabáticos; Habrá entrega de calor en la explotación de la mina, laboreo; No existe evaporación ni se agrega gases al aire; La presión atmosférica es la misma en los dos brocales de los piques
EN UN GRÁFICO DE PRESIÓN-VOLUMEN CONTINUACIÓN SE ENTREGA, TENDREMOS:
QUE
A
Lo que interesa es aumentar esta área agrandando su altura y su ancho. Para aumentar la altura debemos profundizar la mina. Es evidente que esto no depende de quien está tratando de usar la Ventilación Natural. El aumento del ancho dependerá del mayor aumento de la temperatura, es un efecto termodinámico. 1 - 2) Compresión adiabática producida por el cambio de presión; 2 - 3) Expansión a presión constante 3 - 4') Expansión adiabática hasta el brocal (4'). 4' - 4) Expansión en el brocal a la presión atmosférica (4-4'). Esto es la presión de ventilación natural. 4 - 1) Compresión a presión constante el aire arroja su calor hasta alcanzar su temperatura atmosférica 4'- 4 presión de ventilación natural
Pero, si consideramos una situación real, donde se tienen pérdidas producidas por el roce del aire con las paredes de las galerías y por choques a causa de singularidades, este gráfico P-V se transforma, tal como se muestra en la figura que a continuación se muestra De manera que la posibilidad de entregar trabajo disminuye y la Presión de Ventilación (4') también
La ventilación natural es de gran importancia para la ventilación de minas, particularmente de las profundas. El valor de la presión natural en las minas grandes puede alcanzar el 50% y más de la presión total y el caudal del aire puede ser de 100 m3/seg. Muchas minas metalíferas importantes, situadas en relieve montañoso, por ejemplo en Bolivia, tienen únicamente ventilación natural
VALORES DE LA PRESION NATURAL A continuación se coloca una tabla con valores promedios de "presión natural" para distintas profundidades de minas
MÉTODOS HIDROSTÁTICOS DE CÁLCULO DE LA VENTILACIÓN NATURAL Se puede determinar como la diferencia de pesos de columnas de sección unitaria y de igual altura de aire entrante y saliente:
Para determinar el peso específico del aire , se puede utilizar la fórmula simplificada
donde: p = T =
presión, mm. de mercurio; temperatura absoluta del aire, ºK.
Esta fórmula no toma en cuenta la humedad del aire. El error en los cálculos, no sobrepasa de 1%, entre los límites de 700 a 800 mm. de mercurio y de 0 a 30 º C. Las presiones p1 y p2 se determinan por las fórmulas:
Mediciones de la depresión de la ventilación natural. En minas sin ventilación artificial. Un método sencillo consiste en medir con el barómetro las presiones de aire en los enganches de ambos pozos. La depresión natural es:
Hn = p1 - p2 + (R1 + R2) * Q2
Donde:
p1 y p2 = lecturas de barómetros en enganches de los pozos de entrada de aire y de ventilación, mm.c.a.; R1 y R2= resistencias aerodinámica de ambos pozos, kg/seg2/m8;
Q = (Q1 + Q2)/2 Q1 y Q2 = caudales de aire que pasan por los pozos, m3/seg.
Si los enganches no están ubicados al mismo nivel, hay que introducir una corrección en el peso de la columna de aire entre los niveles de los enganches
P = ( ) L * ( 1 + 2)/2; mm.c.a. Entonces la fórmula se transforma:
Hn = p1 - p2 + (R1 + R2) * Q2 ( ) L * ( 1 + 2)/2; mm.c.a. Cuando la parte superior del pozo de entrada de aire está situado por debajo del pozo de ventilación, la corrección tiene signo menos. Otro método de medir la depresión natural consiste en instalar un tabique con puerta en una galería, por la que pase la totalidad de la corriente de aire; la depresión total es igual a la diferencia de presiones, medidas con barómetro o depresiómetro a ambos lados del tabique. La medición debe realizarse rápidamente después del corte de la corriente, para que no cambie la temperatura del aire y en consecuencia su densidad. En minas con ventilación artificial. Con el ventilador en marcha, se miden el caudal de aire Q y la depresión H. Después el ventilador se detiene y se cierra el paso del aire mediante una compuerta, se abre la tapa del pozo de ventilación y después de esperar algunos minutos, se mide la nueva cantidad de aire Qn que sale del pozo.
MEDICIÓN DE LA PRESIÓN TOTAL
Toda mina subterránea deberá disponer de circuitos de ventilación, ya sea ventilación natural o ventilación forzada (auxiliar- secundaria) para mantener un suministro permanentemente de aire fresco y retorno del aire viciado. El caudal de aire que circule por la mina dependerá del número de trabajadores, la extensión y sección de trabajadores, la extensión y sección de las labores el tipo de maquinarias de combustión interna y las emanaciones de gases naturales de la mina.
DIFERENCIAS
la
presión total en un punto de operación será medida con un MANÓMETRO, con una extremidad abierta a la atmosfera y la otra conectada al punto donde se va a medir la presión total, es decir él tuvo central o interior del tubo pitot.
PRESIÓN Es necesaria su medición para la obtención de los puntos de operación del ventilador, las presiones que se medirán son presión total, dinámica y estática. La relación existente entre las presiones, se muestra en la siguiente ecuación: Donde: Pe: Presión estática. Pt: Presión total. Pd: Presión dinámica.
Medición de la presión dinámica o presión de velocidad La medición de la presión dinámica se hará con un manómetro, con un extremo conectado al tubo interior del Pitot (presión total), y el otro conectado al tubo exterior del Pitot (presión estática), lo que hace que se produzca una diferencia de presiones entre estas dos medidas de presión dando como resultado la presión dinámica.
Medición de la presión estática La presión estática de un punto puede ser leída en el manómetro, conectando el tubo exterior del Pitot a una de las extremidades del manómetro y la otra dejándola abierta a la atmósfera (presión atmosférica).
CAUDAL Para la toma de caudal se realiza la lectura de la presión dinámica (Pd), y luego usando la ecuación de energía en donde la cabeza de velocidad está dada por:
La velocidad obtenida por la medición de la presión dinámica se halló en el ducto, hay que calcular la velocidad en el ventilador; ésta se calcula por un balance de caudales o como se muestra en la siguiente ecuación:
PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN El procedimiento para caracterizar un ventilador es:
1. Se fija el motor del ventilador a una velocidad determinada para mantener el caudal constante.
2. Se instala el conjunto (ventilador – ducto) de acuerdo al sistema descrito. 3. Se introduce el tubo de Pitot y se mide la presión en un punto, luego se desplaza sobre la línea de movimiento una cierta distancia.
NOTAS SOBRE LOS ERRORES A TENER EN CUENTA EN LA CARACTERIZACIÓN DE VENTILADORES
Se debe asegurar que los equipos de medida estén correctamente calibrados o que no existen objetos extraños que interrumpan la medida, por ejemplo, para la lectura de presión en los manómetros, se debe asegurar que no existan burbujas de aire dentro de los tubos, esto genera lecturas falsas. Se debe tener especial cuidado con la ubicación de la cabeza del tubo de Pitot con respecto al flujo de aire (paralelo al f lujo y perpendicular a la sección del ducto), esto se debe a que una inclinación de más de 12º no reporta las lecturas verdaderas en los manómetros. Con respecto al túnel de viento o ducto de pruebas, en lo posible garantizar la menor rugosidad de sus paredes, esto debido a que estas generan pequeños regímenes de turbulencias y mala lectura de l os datos. Garantizar la hermeticidad de la unión entre el ventilador y el túnel de viento. Tener cuidado con que las resistencias se mantengan fijas durante la ejecución de la prueba. Se debe tener especial cuidado con el aumento en la resistencia, debido a que el ventilador entra en el punto de bombeo o punto inestable, esto se evidencia cuando se produce un ruido grave y aumenta el nivel de vibraciones. Ht: Presión total, Hs: Presión estática, Hd: Presión dinámica.
CURVA CARACTERÍSTICA DE LA MINA Tras obtener la resistencia equivalente de la mina, se procederá a realizar la curva característica de la mina. Dicha curva graficará caída de presión (Δx) vs Caudal. La caída de presión se calcula:
Figura 2. Curva característica de una mina (Datos de Ejemplo)
