memoria de calcula extractor de polvo

EL TENIENTE

CORPORACIÓN NACIONAL DEL COBRE DE CHILE CODELCO – CHILE

MEMORIA DE CÁLCULO EXTRACCIÓN DE GASES Y POLVO PROYECTO SEGUNDA BAJADA NNM REVISIÓN B

GPRO-MEM-59057

GERENCIA DE PROYECTOS DIVISIÓN EL TENIENTE

JULIO - 2017

CORPORACION NACIONAL DEL COBRE DE CHILE GERENCIA DE PROYECTOS DIRECCIÓN PROYECTO ANDESITA

MEMORIA DE CÁLCULO EXTRACCIÓN DE GASES Y POLVO PROYECTO SEGUNDA BAJADA NNM

MEMORIA DE CÁLCULO GPRO-MEM-59057 Rev.: B Vigencia: 3-07-2017 API/OS: T16E205 Clave: A-0908-0001-0001 Página 2 de 19

GERENCIA DE PROYECTOS DIRECCIÓN PROYECTO ANDESITA

MEMORIA DE CÁLCULO EXTRACCION DE GASES Y POLVO PROYECTO SEGUNDA BAJADA NNM

Desarrollado por:

Firma

Área

Daniel López

Mecánica

Nicolás Stipo

Multidisciplina

Revisado por:

Firma

Área

Aprobado por:

Cargo

Firma

Área

Toma Conocimiento:

Cargo

Firma

Área

José Miguel Castro

Jefe de Ingeniería

Vigencia:

03 de Julio 2017

DPA-GPRO

Revisión:

B




INDICE DE CONTENIDOS 1

REVISIONES....................................................................................................... 5

2

INTRODUCCIÓN................................................................................................. 6

3

OBJETIVOS ........................................................................................................ 7

4

ALCANCE ........................................................................................................... 8

5

ANTECEDENTES................................................................................................ 9

6

BASES DE CÁLCULO ....................................................................................... 10 6.1

CONDICIONES AMBIENTALES................................................................. 10

6.2

CONDICIONES DE DISEÑO ...................................................................... 10

6.3

CRITERIOS DE DISEÑO............................................................................ 10

6.4

PARÁMETROS GENERALES .................................................................... 10

6.5

CONTROL DE POLVO............................................................................... 11 6.5.1 Descripción del sistema ....................................................................... 11 6.5.2 Caudal de captación ............................................................................ 11 6.5.3 Potencia ventilador del equipo colector de polvo ................................. 12 6.5.4 Pérdida de carga en filtro..................................................................... 12

6.6

EXTRACCIÓN DE GASES ......................................................................... 13 6.6.1 Descripción del sistema. ...................................................................... 13 6.6.2 Caudal de ventilación .......................................................................... 14 6.6.3 Potencia ventilador de extracción de gases y inyección de aire ........... 15 6.6.4 Pérdida de carga en ductos ................................................................. 14

7

RESULTADOS .................................................................................................. 16

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 6-1 - Parámetros generales.................................................................................... 10




ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1 - Esquema de colectores de polvo chancado primario. ................................ 11 Ilustración 2 - Curva de caída de presión en filtro de colector típico. ................................ 12 Ilustración 3 - Esquema sist. de extracción de gases en taller de mantención chancador.13



1


REVISIONES REVISIÓN B

TIPO DE CAMBIO Para revisión y comentarios

FECHA 03-07-2017



2


INTRODUCCIÓN

En el marco del análisis de planes alternativos de desarrollo para la mina El Teniente, se ha requerido actualizar a nivel de ingeniería conceptual el diseño de la explotación del sector denominado “Segunda Bajada Nuevo Nivel Mina”.

La explotación de este sector se realizaría aplicando el método de explotación de Panel Caving con hundimiento convencional y pre acondicionamiento. La explotación se localiza en la elevación (UCL) 1887 m a un ritmo máximo de 55 ktpd y una tasa de hundimiento del orden de 18.000 m2/año. Los recursos a explotar alcanzan los 351 Mt con una ley media de 0,78% CuT distribuidos en un área de 540.000 m2. En este documento se realiza el dimensionamiento del sistema de manejo de polvos asociado al Chancador primario del proyecto segunda bajada NNM y el sistema de extracción de gases para el taller de mantención chancado.



3


OBJETIVOS

El objetivo del presente documento es dimensionar a nivel de ingeniería conceptual el sistema de control de polvo para el chancador primario del presente proyecto y el sistema de extracción de gases para el respectivo taller de mantención de chancado, en específico se considera el dimensionamiento de:   

Colectores de polvo en descarga del chancador primario. Ductos de ventilación para extracción de gases del taller de mantención. Equipos de ventilación para extracción de gases y para inyección de aire fresco al taller de mantención.



4


ALCANCE

El alcance de la presente memoria de cálculo comprende: 



 



Determinar requerimientos de ventilación (requerimientos de inyección y extracción de aire) en taller de mantención chancado (planta 1.770 m.s.n.m. aproximado). Dimensionamiento de ductos de extracción de gases hasta empalme con sistema de extracción de gases proyectado por la primera bajada. Dimensionamiento de equipos de inyección aire y extracción de gases. Determinar requerimientos de caudal de captación de polvo en área de descarga del chancador primario. (planta 1.757 m.s.n.m. aproximado). Dimensionamiento de equipos de control de polvo.

Queda excluido del alcance de este documento: 



Ventilación de cualquier otra zona del proyecto no mencionada en los puntos anteriores. Dimensionamiento de celosías, campanas de extracción y piezas especiales de ductos.



5


ANTECEDENTES

Los siguientes documentos del proyecto están relacionados con la presente memoria de cálculo, por lo tanto, constituyen referencias para su desarrollo: [1] Criterio de diseño corporativo, Mecánica. SGP-GI-ME-CDI-001 Rev. 0. [2] Criterio de diseño corporativo, Sistemas de control de polvo. SGP-GI-ME-CDI-002. [3] Especificación técnica corporativa, Sistemas de captación y filtración. SPG-GI-MEESP-005. [4] Especificación técnica corporativa, Sistemas de presurización. SGP-GI-ME-ESP006. [5] Plano Planta de Chancado, Sistema de ventilación talleres de mantención, planta y secciones. GPRO-PLA-209612. [6] Plano Planta de Chancado, Disposición general sistema colector de polvo. Planta, secciones y detalles. GPRO-PLA-209611.



6


BASES DE CÁLCULO

6.1

CONDICIONES AMBIENTALES

Requeridas para el diseño de los sistema de aire en las condiciones adecuadas de terreno. Temperatura Interior Mina Máximo Verano Mínimo Invierno Humedad Relativa (max./med./min.) 6.2

CONDICIONES DE DISEÑO

Ciclo de Operación Velocidad Aire ductos Eficiencia mínima Ventiladores 6.3

20 °C 10 °C 99% / 13 % / 86,6 %

continua 24 h / 365 días al año 10-20 m/s 70%

CRITERIOS DE DISEÑO

Los cálculos se realizaron tomando en consideración las siguientes condiciones:     

Flujo adiabático. No existe variación de la humedad a lo largo del recorrido. No se considera evacuación del calor, solo transporte de aire contaminado. Flujo incompresible. Flujo permanente.

6.4

PARÁMETROS GENERALES

Parámetros generales utilizados en los cálculos se presentan en la Tabla 6-1: Tabla 6-1 - Parámetros generales. Parámetro Viscosidad Dinámica Viscosidad Cinemática Aceleración de Gravedad

Símbolo Unidad μ [Pas] ν [m2/s] g [m/s2]

Valor 1,9 x 10-5 2,3 x 10-5 9,8

∙



6.5


SISTEMA CONTROL DE POLVO

6.5.1 Descripción del sistema El sistema de control de polvo considera 2 puntos de extracción con colectores de polvo montados directamente en cada uno de estos puntos. En la Ilustración 1 se ve un esquema del sistema considerado.

Ilustración 1 - Esquema de colectores de polvo chancado primario.

6.5.2 Caudal de captación La fórmula utilizada para el cálculo del caudal de captación es:

∙

∙

Qt = M E + 250 Ac

Donde:

Qt : Caudal de aire, [cfm] M: Flujo del Mineral, [cfm] E: Factor de aire inducido o arrastre E=3 (máximo valor para nivel de encerramiento: ”encerrado” según ref. [1]). AC : Area de abertura Chancador [ft2] (Se considera 67,8 ft 2 valor aproximado en base a

equipos similares).




6.5.3 Pérdida de carga en filtro La pérdida de carga en el filtro varía en el tiempo y depende del nivel de saturación de los filtros, sin embargo, para efectos de dimensionar las pérdidas para el dimensionamiento del ventilador, se considera un valor máximo de 1.000 Pa (aproximadamente 4 in wc), valor referencial a partir de información de equipos comerciales típicos. A modo de ejemplo se muestra la curva de caída de presión de un colector de polvo Donaldson en la Ilustración 2.

Ilustración 2 - Curva de caída de presión en filtro de colector típico. 6.5.4 Potencia ventilador del equipo colector de polvo La fórmula utilizada para el cálculo de la potencia requerida por el ventilador de cada unidad de control de polvo es: Nv = Nv : Potencia requerida [kW] Qv : Flujo de Aire [m 3/s] Pv : Pérdida de carga en el filtro [kPa] (*) v : Rendimiento estimado del equipo (70%

Δη

Qv

∙Δη

Pv

v

de eficiencia según condiciones de diseño

establecidas). (*) Se consideran pérdidas solo en el filtro del colector de polvo, pues el conjunto del motor, filtro de polvo y boca de descarga de aire limpio está montado directamente en los puntos de extracción de polvo, por lo que no se considera campanas, ductos de succión ni de descarga de aire.



6.6


SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE GASES

6.6.1 Descripción del sistema. El sistema de extracción consistirá en un ducto de extracción de gases, que se extenderá desde el taller de mantención hasta el empalme proyectado por la primera bajada para descargar los gases extraídos hacia una chimenea de extracción cercana. En la Ilustración 3 se muestre un esquema de este sistema, en que el Tramo I corresponde a la red de ductos proyectada por la segunda bajada y el Tramo II a la red proyectada por la primera bajada, este último tramo considera el caudal de extracción de gases de los talleres de mantención de la primera y segunda bajada del proyecto NNM. Para la extracción de aire se considera un ventilador axial que permita el transporte del gas hasta la chimenea de extracción. Adicionalmente se contempla un ventilador de inyección de aire fresco al taller de mantención.

Ilustración 3 - Esquema sist. de extracción de gases en taller de mantención chancador.




6.6.2 Caudal de ventilación Para determinar el caudal de ventilación se considera el método número de renovaciones, cuya ecuación es:

 − ∙ ∙

Q = 100%

Donde:

U%

Ren Vf

Q: Caudal de aire requerido [m 3/h]. U%: Porcentaje de espacio utilizado

por equipos [%]. Ren: Número de renovaciones de aire por hora [1/h] Vf : Volumen físico del recinto a ventilar [m 3]. 6.6.3 Pérdida de carga en ductos Para el cálculo de las pérdidas de carga por fricción se utiliza la ecuación de DarcyWeisbach, que se muestra a continuación: hf = f

∙∙

L V 2 D 2g

Donde: hf : Pérdida de carga debida a la fricción [m]. f: Factor de fricción de Darcy (Adimensional). L: Largo del ducto (m). D: Diámetro equivalente del ducto [m]. V: Velocidad media del aire [m/s]. g: Aceleración de gravedad [m/s 2].

Donde el factor de fricción se estima mediante la siguiente ecuación: f=

0,25

  ∙ ε  log

1

3,7

En que:

ε

2

5,74 + 0,9 D Re

: Rugosidad del ducto [mm]. Re: Número de Reynolds (Adimensional).

Para el cálculo de las pérdidas por singularidades se utiliza:



Δ γ∙ ∙ ∙ P=

Donde:

Δ γ


P: Pérdida de presión por singularidades : Peso específico del aire [N/m 3]. K: Coeficiente de Singularidades.

K

V2

2 g

[Pa].

6.6.4 Potencia ventilador de extracción de gases y inyección de aire Se considera la misma ecuación que la sección 6.5.4.



7


RESULTADOS

7.1

SISTEMA COTROL DE POLVO

En la Tabla 7-1 se resumen los resultados para el dimensionamiento del colector de polvo. Tabla 7-1- Resultados dimensionamiento colectores de polvo. Parámetro

Unidad

Valor

Flujo de Mineral (M) Factor de Aire Inducido (E) Área de abertura chancador (Ac)

CFM ft2

843 3 67,8

Caudal de aire de captación (Qt)

CFM

19.479

Caudal de aire de captación (Qt)

m3/s

9,2

Caudal de aire de captación por colector de polvo

m3/s

4,6

Rendimiento ventilador (ηv)

kPa %

1 70

Potencia requerida (Nv)

kW

7

Potencia requerida (Nv)

HP

Potencia motor estándar

HP

9 10

Pérdida de carga en filtro (ΔPv)

A partir de los resultados anteriores se selecciona un colector con las siguientes características:    

Caudal de filtración: 4.6 [m 3/s] Filtro tipo cartucho Área filtrante requerida: 86 [m 2](*) Ventilador tipo centrífugo 10 HP

(*) Considerando una relación de filtración de 0.05 m/s



7.2


SISTEMA DE EXTRACCIÓN DE GASES

A continuación se presentan los resultados del dimensionamiento del sistema de extracción de gases e inyección de aire del taller de mantención chancado. Tabla 7-2 - Resultados caudal de ventilación requerido. Parámetro

Unidad

Valor

Volumen físico taller de mantención (Vf) Renovaciones de aire por hora (Ren) Porcentaje de espacio utilizado por equipos (U%)

m3 1/h %

250 30 5

Caudal de aire requerido ventilación (Q) Caudal de aire requerido ventilación (Q)

m3/h m3/s

7.125 1,98

Tabla 7-3 - Resultados dimensionamiento ventilador y ductos extracción. Parámetro

Caudal de aire (Q) Largo de ducto (L) Diámetro de ducto (D) Rugosidad del ducto Velocidad del aire (V) Aceleración de gravedad (g) Peso específico del aire (γ) Viscosidad cinemática (v) Número de Reynolds (Re) Factor de fricción (f)

Unidad

Valor Extracción Extracción Tramo I Tramo II

m3/s m m mm m/s m/s2 N/m3 m2/s -

1,98 60 0,4 0,15 15,8 9,8 10,0 2,3E-05 2,74E+05 0,018

3,96 68 0,56 0,15 16,1 9,8 10,0 2,3E-05 3,91E+05 0,016

Pérdida de carga por fricción (hf)

Pa

337,9

264,3

factor de Singularidades Entrada recta Canastillo Codo 45° Codo 90° TEE Flujo desviado Válvula de retención Salida K Total

N° 1 1 4 3 1 1 0 -

k 0,5 1,8 0,12 0,25 0,5 2 1 6,0

k 0,5 1,8 0,12 0,25 0,5 2 1 1,5

Pérdidas de carga singulares (ΔP) Pérdida total (Tramo I)

Pa Pa

767,4 1.105,3

198,8 463,0

Pérdida de carga total

Pa

1.568



Parámetro Rendimiento ventilador (ηv) Potencia requerida (Nv) Potencia requerida (Nv) Potencia motor estándar


Unidad

Valor Extracción Extracción Tramo I Tramo II

%

70

kW HP HP

4,4 5,9 6,0

Tabla 7-4 - Resultados dimensionamiento ventilador y ductos inyección. Parámetro

Unidad

Valor

m3/s m m mm m/s m/s2 N/m3 m2/s -

1,98 60 0,47 0,15 11,4 9,8 10,0 2,3E-05 2,33E+05 0,018

Pérdida de carga por fricción (hf)

Pa

150,1

factor de Singularidades Entrada recta Canastillo Reducción Salida K Total

N° 1 1 3 1

k 0,5 1,8 1,4 1

Pérdidas de carga singulares (ΔP) Pérdida total Rendimiento ventilador (ηv) Potencia requerida (Nv) Potencia requerida (Nv) Potencia motor estandar

Pa Pa

Caudal de aire (Q) Largo de ducto (L) Diámetro de ducto (D) Rugosidad del ducto Velocidad del aire (V) Aceleración de gravedad (g) Peso específico del aire (γ)

Viscosidad cinemática (v) Número de Reynolds (Re) Factor de fricción (f)

7,5 500,7 650,9

%

70

kW HP HP

1,8 2,5 3,0



8


CONCLUSIONES

De los resultados obtenidos, se concluye que: En relación al sistema de control de polvo: 





Se considera colectores de polvo montados directamente sobre los puntos de extracción de polvo. Cada colector de polvo debe ser seleccionado para un caudal de captación de al menos 4.6 m3/s, la selección específica del equipo a utilizar y sus dimensiones, dependerá de lo ofertado por los proveedores en la siguiente etapa de ingeniería. El ventilador seleccionado para cada colector deberá tener una potencia estándar de 10 HP.

En relación al sistema de extracción de gases: 

 



El sistema de extracción de gases para el taller de chancado consiste en una red de ducto de acero de 400 mm diámetro hasta el empalme con arranque proyectado por la primera bajada. El ventilador de extracción de gases debe tener una potencia de 6 HP. El sistema de inyección de aire para el taller de chancado consiste en un ducto cuadrado de sección 400x400 mm, con sucesivos puntos de inyección para distribución de aire limpio en todo el recinto. El ventilador de inyección de aire debe tener una potencia de 3 HP.

memoria de calcula extractor de polvo

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