NORMA PARA EL REGISTRO Y CALCULO DE LA ABERTURA EQUIVALENTE
CONTENIDO 1. INTRODUCCION: Estandarizar procedimientos, cálculos y empleo de aparatos recomendados para la medición. 2. OBJETIVO GENERAL: Defnir las mediciones para determinar el caudal del aire que pasa por el ventilador principal 2.1 OBJETIVO ESPECIFICO: Calcular la abertura equivalente de la mina para establecer el radote difcultad de ventilar la mina. !. METODOLOGIA: 1. Establecer los modos operatorios de las mediciones de velocidad, presión, área. Caracterizar los aparatos y accesorios que se vayan a emplear. ". #isión que usted espera desarrollar a partir de esta norma $. %isión que usted proyecta en la utilización de esta &erramienta '. DEFINICIONES DE ORIFICIO O ABERTURA EQUIVALENTE Y OTRAS (. Equipos y accesorios que constituyen una instalación de ventilación principal )ubo acople • )ubo %entilador • Di*usor • +uertas de ventilación • . APARATOS DE MEDICION QUE USTED PROPONE UTILIZAR -nemómetro • )ubo +itot • )ubo +sicrómetro • #anómetros: #anómetros: )ipos de aparatos que se utilizan • tros • /. FORMULAS EMPLEADAS EN LOS CÁLCULOS 10 MEDICIONES LLEVADAS A CABO EN CADA SITIO (1,2,3 Y COMO SE !ACEN: )emperaturas • )emperaturas a velocidad del flete de aire • +resión • órmulas órmulas para medir velocidad y caudal en cada punto • 11. LIBRETA DE MEDICIONES: proponer un *ormato 12. EJEM EJEMPL PLO O DE UNA UNA MI MINA NA PARA ARA LLEV LLEVAR AR A CABO CABO CALC CALCUL ULOS OS:: Una medición de una mina &ipot3tica que usted propone para la realización de los cálculos: #ina 4: 5e deben &ace los cálculos y acomodarse a cálculos que usted realizó. a. 5itio 1 +6E578 E5)-)7C-: E5)-)7C-: C-9D-: b. 5itio 2 +6E578 E5)-): C-9D-: c. 5itio ! +6E578 E5)-)7C-0: E5)-)7C-0: C-9D-: 1!. CALCULOS: 1". CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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1. INTRODUCCION: Estandarizar los procedimientos, cálculos y utilización de aparatos recomendados para la medición de la abertura equivalente de una mina con ventilación mecanizada. 2. OBJETIVO GENERAL: Defnir las mediciones para determinar el caudal del aire que pasa por el ventilador principal, mediante la medición de la presión dinámica del aire que pasa a trav3s del ventilador o la velocidad del u;o utilizando el anemómetro< medir la presión total de la mina y la presión estática a trav3s de las puertas construidas alrededor de la instalación de ventilación. 2.1 OBJETIVO ESPECIFICO : Calcular la abertura equivalente de la mina para establecer su resistencia y determinar el rado de efciencia de la instalación, de acuerdo con el establecimiento de p3rdidas de caudal y presión a trav3s de las puertas de ventilación. 3. METODOLOGIA: 1. Establecer los modos operatorios de las mediciones de velocidad, presión, área. Caracterizar los aparatos y accesorios que se vayan a emplear. 2. -nalizar un problema en una mina tipo, y realizar los cálculos aritm3ticos para determinar la abertura equivalente de la mina. ". DEFINICIONES: ".1 O#$%&$' ' )*#+# *-$/*0+* : 5e defne como el valor en metros cuadrados de una sección de pared delada, a trav3s del cual circular=a un Caudal de aire >?@ en metros cAbicos por seundo Bm !s, ba;o una di*erencia de presión >∆@, en mil=metros columna de aua, BFm 2, como en lamina, en condiciones normales de presión barom3trica y temperatura del aire. ".2 P*#+ * *0+$/&$0: Elementos de resistencia construidos para evitar cortocircuitos del aire que impidan que el caudal de aire que proporcione ventilador sea retomado nuevamente por este, en luar de mover el caudal que viene de la mina. 4. APARATOS UTILIZADOS: •
A0*55*+#' : En el de rueda alada las aletas o paletas son accionadas por la corriente de aire. +or medio de un contador, insertado en el aparato se intera la velocidad de todos los sitios de la sección medida en *unción del tiempo. Este aparato se pone en marc&a a distancia por el operador liberando el movimiento de relo;er=a del aparato por tracción de un &ilo, o manualmente. El contador se embraa a partir de un intervalo, de $ a siete seundos mientras que el rotor del anemómetro entra en movimiento. El rotor que acumula la velocidad del u;o, por medio de diales, se detiene en *orma automática despu3s de determinado intervalo de tiempo, por lo enera, en un minuto.
a medición de la velocidad de una medida es de un minuto, tiempo durante el cual &a de barrerse toda la sección de arribaGaba;o y un lado al otro de la sección de medida. El anemómetro debe acoplarse a un bastón de madera o metálico para que el operador pueda situarse por *uera de la sección que se está midiendo. En cada sección debe &acerse un nAmero impar de mediciones, de ellas se sacará el promedio de velocidad de cada sección. • T)' * 65' : Cuando la velocidad del aire sea tan pequeHa que el aire no mueva el anemómetro se utilizará un tubo de &umo, para medir la velocidad entre dos puntos, para lo cual se establecerá la distancia
2
entre ellos. +or medio de un cronómetro se medirá el tiempo que tarda el &umo para ir en punto inicial al punto fnal. •
T)' P$+'+: antena +randtl es un tubo detector de la presión dinámica que se coloca en*rentada a la corriente del uido que se está midiendo. El tubo peri*3rico del tubo pitot reistra la presión estática B mientras que orifcio *rontal del tubo pitot reistra la presión total B del canal Ben el tubo de acople. os polos BI presión total y BG presión estática de la antena se conectan a sendas manueras de polivinilo de 10 mil=metros de diámetro, que conectadas a un manómetro de >tubo inclinado@ o >tubo en 9@, nos reistran la presión dinámica del uido.
•
P$*+#' : Es un &irómetro que consta esencialmente de dos termómetros id3nticos y que permiten lecturas &asta d3cimas de rado Cent=rado o a&ren&eit. El bulbo de mercurio del primero es secoG para la medición de la temperatura secaG el del seundo se mantiene &Amedo por medio de una mec&a, alodón, muselina o pabilo que se mo;a con aua, antes de cada medición. os dos bulbos están puestos al abrio del calor de radiación de las paredes de la v=a, por medio de una cubierta apropiada. -l &acer circular el aire cuya &umedad y temperatura se desea determinar se producirá una evaporación del aua que mo;a el termómetro &Amedo. 5i la acción calor=fca del medio eterior sobre el termómetro &Amedo es despreciable, el aua del alodón de este termómetro entonces desciende la temperatura despu3s de un cierto tiempo, &asta una temperatura l=mite de en*riamiento que será indicada en ese momento en el termómetro &Amedo, llamaremos a esta temperatura, la temperatura &Ameda del aire y a desinaremos por t& . -l mismo tiempo se lee la temperatura del aire en el termómetro seco, que llamaremos temperatura seca ts. as lecturas de las temperaturas deben &acerse despu3s de &aber transcurrido aproimadamente cuatroB" minutos de &aber accionado la cuerda del ventilador del psicrómetro. as dos temperaturas as= medidas nos permiten calcular el rado &irom3trico por medio de una carta psicrom3trica, por la *órmula de 5run, o por medio de un nomorama.
7.
UTILIZADAS:
FORMULAS
a. +ara el cálculo de la abertura equivalente: 2
Ω (m
)
=
0.348 * Q *
ω
∆ x
(1
En donde: -bertura equivalente en m2 8 9 peso espec=fco del aire en Fm! Q 9 Caudal del aire en m!seundo ; 9 +resión del %entilador o +3rdida de Cara de la mina en Fm2 o mm C.-.
3
ωsoamoso
2
J 1.2 Fm! < Entonces:
Ω (m
J 0.' Fm! < Entonces:
Ω (m
ωnivel del mar
2
)
=
)
=
0.38 * 0.32 *
Q ∆ x
Q ∆ x
=. MEDICIONES: +ara &acer las mediciones de las variables de la abertura equivalente, se procede de la siuiente manera: Determinación de los sitios: 5e determinan los puntos 1, 2 y !, como sitios donde se toman medidas de velocidad, área, temperaturas, presión estática y dinámica, seAn el sitio, ver fura
3
10
Superficie puertas 1
Superficie Ventilador
Lecturas de presión estática. Use tubo en U 2
os puntos 1, 2, ! deben situarse a m=nimo seis metros del nudo 10 de la fura que se muestra, para que cada sitio no est3 sometido a las turbulencias creadas en este nudo.
=.1 M*$ #*/$># : En cada punto 1, 2 y ! se realizan las siuientes mediciones: a. T*5?*#+# :
a temperatura seca y &Ameda cent=rados, mediante el empleo del +sicrómetro.
en
rados
b. Colar el aparato en un sitio elevado a la altura del operario que &ace la lectura. c .En cada medición &umedecer el alodón que cubre el termómetro de temperatura &Ameda.
V*/'&$ */ %/*+* * $#* : a. Colocar el anemómetro de manera que la ec&a del aparato tena el mismo sentido que el de la corriente. El aire entra por el lado contrario al que se &ace la lectura.
4
b. 8o deben encontrarse personas antes ni despu3s del sitio de medición, a una distancia de ' metros de donde se encuentra el operario que mane;a el aparato. El anemómetro barre toda la sección como se indicó anteriormente, &aciendo un movimiento de lazada de tec&o a piso, de una pared a otra. En ese mismo sitio, se mide el área de la sección del tAnel. Dos personas intervienen en la toma de medidas de anc&o de la puerta en el piso, anc&o de la puerta en el tec&o y altura de la puerta. 5e miden estas variables en la sección interna de la entibación. 5i la fura es arco, utilice el areámetro ANEMOMETRO
CORRIENTE AIRE
Lado de lectura
90º RODILLA
BASTÓN ESCUALIZABLE
OPERARIO para medir distancias cada 10 rados, de un transportador construido para tal e*ecto.
P#*$0: a presión estática de cada punto, > ∆@, se mide mediante la utilización de manómetro de tubo inclinado o en su de*ecto un tubo en 9. el etremo libre de la manuera se coloca en el centro de la v=a. El operario sostiene la manuera con una mano ale;ada de su cuerpo manteniendo la manuera a /0K, perpendicular a la dirección de la corriente. El operario mira el orifcio de la manuera. +or el otro etremo, el seundo operario &ace la lectura, colocándose en la superfcie. 5i puede construirse un tr=pode para amarrar la manuera a 3ste, como se &a indicado se recomienda &acerlo. En este caso la operación y lectura del manómetro la &ace una sola persona., desde la superfcie. c. En el punto 1, para medir la presión dinámica y calcular la velocidad en tubo
de acople se utiliza el tubo +itot, bien sea colocado el tubo en*rentado a la corriente en el centro del tubo, o para mayor precisión en tres posiciones de cada e;eGdiámetro ortoonal. En este caso se &ar=an siete mediciones de presión dinámica, incluida la del centro del tubo, para calcular la media. FORMULA: +ara medir la presión dinámica Bp d de una corriente de aire, en una canal, o en el tubo de acople se procede a introducir el tubo +itot, en*rentado a la corriente como se indica en la fura siuiente. +ara ello, se &ace un orifcio, en el canal o en +)' * &'?/*, de L de pulada, por donde se introduce el tubo +itot, m=nimo 2 metros del ventilador, cuya presión dinámica se está midiendo. +or medio de la *órmula que veremos a continuación se calcula velocidad:
5
v (m / s)
=
2 * g * pdinamica ω
En donde: v J velocidad de la corriente de aire en ms J ravedad o aceleración de la tierra en ms2 pd 9 presión dinámica en el orifcio de medición, en centro de canal tubo de acople ! ω = peso espec=fco del aire en Fm .
Tubo Pitot en canal
anó!etro
Tubo Pitot
"epresió!etro
Tubo Pitot insertado en canal
=.2 L$)#*+ * 5*$&$'0* @ **5?/': En el sitio donde se &aan las mediciones se dispondrá una cartera de reistro de las di*erentes variables, en el tipo de *ormato siuiente estudiadas, como EME#+ para la mina 5an Mos3 de CAcuta: TABLA DE MEDICIONES
#78-:
ECN-:
+)
N6-
1 2 !
57)7 DE - #ED7C7O8:
ts
t&
KC
KC
-6E m2
%EC7D-D ms
C-9D m!s
+6E578 E5)-)7Cmm C.-.
+6E578 D78-#7C mm. C.-.
10 a.m 10:!0 a.m
20 1(.$
1( 1"
$. '.0
(.!! 0.'(
"2.$! "
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G G
11 a.m.
2"
22
$
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'0
G
En el e;emplo propuesto puede observarse que las puertas de ventilación no cierran &erm3ticamente, &abida cuenta que las p3rdidas son relativamente randes.
PERDIDAS POR CAUDAL: /."0 P. 5e admiten p3rdidas por caudal del 2 a !P. PERDIDAS POR PRESION : (./ P. 5e admite de 2 a !P. En caso que el cierre *uera &erm3tico, ∆pE5)-)7C-J0 y ∆?J0. Como lo anterior no es posible en la práctica, trataremos que estas p3rdidas se lleven al !P, sobre lo que ocurre en el punto 1. orándose la siuiente situación: - 5itio 1 +6E578 E5)-): '! mm C.-. C-9D-: 2$$0 m !min Q. 5itio 2 +6E578 E5)-): 0.$ mm C.-. C-9D-: $0 m!min
#
C. 5itio ! +6E578 E5)-): '2.$ mm C.-. C-9D-: 2$00 m !min Como las medidas en 2 son a&ora muy pequeHas, para e*ecto de cálculo vamos a considerarlas despreciables y consideraremos que: ?EEC)7% J 2$$0 m!min +6E578 E5)-)7C- EEC)7%- J '! mm C.-. +6E578 Q-6#E)67C- DE 9R-6: $$0 mm N
$
CALCULOS: a densidad el aire se calcula mediante la *órmula: 0.455 * pbarometrica1 Kg Kg ) = = 0.854 ω ( m3 m3 273 + 20 6eemplazando estos valores en la *órmula B1, páina !,l tenemos que: 2
Ω (m
)
=
0.348 * Q *
ω
∆ x
0.854 2550 2 * = 1.72 m 63 60 2 De Donde: Ω = 1.(2 m sea que estamos en presencia de una mina medianamente *ácil de ventilar. Ω =
0.348 *
1. CAMPO DE OPERACIN DE UN VENTILADOR PRINCIPAL El *abricante del ventilador entrea al usuario un diarama u;oGpresión B?GN que contiene la curva caracter=stica del ventilador, curvas de rendimiento del ventilador para las di*erentes posiciones, con todo el análisis aerodinámico de la máquina. Ello, permite al usuario encontrar el punto de operación B+.. del ventilador, con base en el cálculo de la abertura equivalente de la mina, de acuerdo con las nociones vistas en cap=tulo ! del teto !.10. 5i el ventilador es de aletas reulables, para cada posición de las aletas corresponde, entonces, una curva caracter=stica di*erente y variados comportamientos u;oGpresión de la máquina. En la misma *orma para cada abertura equivalente de la mina corresponde un punto de operación di*erente en la curva caracter=stica que se opere el ventilador. )odos los *abricantes entrean sus ráfcos de curvas a un peso espec=fco de 1.2 Sm! en condiciones normales de presión y temperatura. El usuario está en la obliación de convertir estas curvas, de acuerdo con la tercera ley de los ventiladores a las condiciones de peso espec=fco del aire del luar Bωlugar . +ara encontrar la presión del punto de operación del ventilador seAn la fura anterior debe buscarse la conversión en el diarama del peso espec=fco, -, nomorama izquierdo de la fura.
1.1U+$/$>&$0 */ $#5 '?#*$0 : Conociendo el peso espec=fco del luar se levanta en la abscisa correspondiente a este punto una perpendicular sobre la cual se selecciona el valor de la presión total del ventilador, o la depresiónBventilador soplando o aspirando en Sm B1FpJ 1Fm2 J 1mm C.-., en escala loar=tmica. En este punto, con la ayuda de las l=neas de conversión Bparalelas de !/K"T20TT se traslada paralelamente a la l=nea perpendicular de peso espec=fco de 1.2 Sm!. El punto as= obtenido nos da la presión o depresión con el que le ventilador operar=a a las condiciones de peso espec=fco a nivel del mar. a intersección de esta ordenada Bpresión con la abscisa &orizontal Bcaudal nos da el punto de operación + del ventilador.
%
Nomograma para conversión de datos de presión de una curva característica de un peso de !" a 0!# $g%m &
. CONCLUSIONES: 1. El establecimiento permanente de un depresiómetro o tubo en 9 en luares apropiados en las bocas de las minas, nos permitirá mantener un control periódico del ventilador principal. 2. #ediante el diarama u;oGpresión y la observación del tubo en 9, ;unto con la medición del u;o en *orma periódica se pueden determinar los siuientes *actores: a. a abertura equivalente de la mina por variaciones que se presentan al &acer nuevas coneiones a superfcie. b. %ariación de la presión estática del ventilador por resistencias randes que lleuen a presentar en cualquier punto de la red de ventilación. c. %ariación del rendimiento del campo de traba;o del ventilador. -tentamente,
T'5H C6##$ R$> 7neniero de #inas Eperto en %entilación de #inas 5oamoso, ctubre 21 de 2.00"
&
