Trabajo de Acondicionamiento de Aire en Minas

Universidad Nacional De Piura

Ac ondi c i onami e nt o deai r ee nmi nas I nt e gr ant e s : Be r me oOz Oz e t aLe ydy Pal aci osQu Qui s peDeys i Re aRos asWal t e rManue l Tor r e sGóme me zKe l e n Vásque zNùñe zJ osè Vi l l al t aSanc ar r anc oLui s

Cur s o: Ve nt i l ac i óndemi mi nas

Ci c l o: VI I

Doce nt e : Dr . I ng .ChangVal di vi e s o J os éHal be r t


Índice



Introducción ………………………………………………..…………... Pág. 02

Acondicionamiento de Aire en Minas ……………………………..…… Pág. 03           

Fuentes de calor en minas subterránea …………………………...… Pág. 04 Compresión adiabática o autocompresión del aire …………….….... Pág. 04 Calor de la masa rocosa ……………………………………………...... Pág. 06 Agua subterrán subterránea ea  e!aporación e!aporación ……………………………….….…. Pág. 0" Ma#uinaria  alumbrado …………………………………………….…. Pág. 0$ Metabolismo %umano ………………………………………..……...….. Pág. 0& 'esumen de carga de en(riamiento …………………………………… Pág. )) *n(riamiento de aire en mina …………………………………………... Pág. )) Clasi(icación de plantas o sistemas de en(riamiento …………..…......Pág.)2 Agua de de super(icie super(icie con disposición disposición de calor calor al agua agua de drena+e drena+e …..... Pág.)2 ,nida nidade des s de re(r re(rig iger erac ació ión n con disp dispos osic ició ión n de calo calorr en dren drena a+e de

mina…………………………………………………………………….….. Pág. )3  'e(rigeración con torre de en(riamiento subterránea  disposición de calor en la salida de aire de la mina …………………………………………..….. Pág. ) *n(riamiento de agua de ser!icios ………………………………….….. Pág. ) Mane+o de agua re(rigerada …….……………………………………..... Pág. )6 Alternati!as para acondicionar acondicionar el aire de una mina cada una responde responde a  Alternati!as    

necesidades espec/(ica …………………….……………………..…...… Pág. 20 'esumen del proceso de diseo …………………………………...…... Pág. 24 Algunos Algunos posibles posibles desarrollos desarrollos en sistemas de en(riamiento en(riamiento ……...…...Pág.26 Conclusiones …………………………………………………………...…. Pág. 2" 1inogra(ia ………………………………………………….……………… Pág.2$

Introducción

*l acondiciona acondicionamiento miento de de aire en minas minas se de(ine de(ine como la re(rigeración re(rigeración de aire aire %aciendo uso de un sistema de en(riamiento de aire suministrándolo por todas las áreas de traba+o o (rentes de de traba+o de las minas minas subterráneas subterráneas empleando empleando para ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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ello circuitos de alimentación de aire (resco #ue remue!an la cantidad de calor necesario para asegurar las condiciones optima de traba+o *l ob+eti!o del acondicionamiento de aire es mantener los (rentes de traba+o con un ambiente adecuado para el buen desempeo de %ombres  má#uinas esto es con un ni!el de temperatura adecuado. ,n buen acondicionamiento de aire no sólo proporciona un ambiente más con(ortable para los traba+adores sino #ue además permite obtener me+ores rendimientos  me+orar la producti!idad de los %ombres  e#uipos el bienestar la so(ocación  otros e(ectos bene(iciosos #ue se traducen (inalmente en una reba+a en los costos de los desarrollos  en el trmino de los mismos dentro de los plaos establecidos.

Acondicionamiento de Aire en Minas *l acondicionamiento de aire en minas es necesario para realiar las acti!idades  procesos producti!os propios del lugar. Para ello se re#uieren condiciones espec/(icas.

ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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Cuando el sistema de !entilación subterránea de una mina con todas las medidas tomadas para controlar  reducir la temperatura  la %umedad es incapa de proporcionar

las

condiciones

ambientales

re#ueridas

por

las

normas

gubernamentales aplicables  por las normas o estándares adoptados por la propia mina en particular 5siempre  cuando estos sean superiores a los re#uerimientos legales entonces es necesario acondicionar el aire por lo general para dotarlo de una maor capacidad de en(riamiento por medio de un sistema de en(riamiento de aire. *n algunas minas en otros pa/ses con climas mu (r/os en el in!ierno llegan a re#uerir calentar el aire.



Fuentes de calor en minas subterráneas

*l resultado predecible de una mina al pro(undiar es #ue aumente su temperatura  #ue tambin aumente su %umedad %asta cierto punto en el cual un incremento


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en los (lu+os de !entilación no sea su(iciente para mantener condiciones ambientales adecuadas en la mina. *s el momento de recurrir a sistemas de en(riamiento debiendo seleccionar el sistema #ue sea más con!eniente #ue le sir!a para las condiciones particulares de la mina. Para plani(icar un sistema de en(riamiento %a #ue determinar la cantidad de calor sensible  latente #ue se debe remo!er dic%o de otra manera %a #ue determinar la carga de en(riamiento. Por orden de importancia las (uentes de calor en una mina subterránea son7 compresión adiabática o autocompresión del aire calor de la roca

5gradiente

geotrmico

e#uipo

electromecánico



alumbrado

agua

subterránea o8idación !oladuras metabolismo %umano mo!imiento de roca  tuber/as. 9a #ue tener en cuenta la temperatura  %umedad del aire de !entilación por su e(ecto en el (lu+o de calor de la roca  del agua subterránea.

Compresión adiabática o autocompresión del aire *n las labores mineras subterráneas sensiblemente !erticales el peso de la columna de aire ocasiona una compresión en el (ondo de la columna #ue !iene acompaada por un aumento en la temperatura del aire como sucede cuando se comprime aire utiliando un e#uipo de compresión. Para determinar la cantidad de calor #ue produce la autocompresión del aire se %ace la suposición de #ue la compresión del aire se realia adiabáticamente es decir se asume #ue el contenido de !apor de agua en el aire permanece constante #ue no %a (ricción en el (lu+o de aire  #ue tampoco %a trans(erencia de calor entre el aire  las paredes de la labor.

*n realidad por lo general %a cambios en el contenido de !apor de agua %a trans(erencias de calor  %a (ricción en el (lu+o de aire. :e estima #ue de manera general el aumento en la temperatura de bulbo seco debido a la autocompresión es de ) ;C por cada )00 metros de pro(undidad de la labor subterránea. ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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*l aumento teórico en la temperatura de bulbo seco del aire en una labor por el #ue ba+a aire se puede calcular por la ecuación7

la temperatura absoluta de bulbo seco

es la presión atmos(rica

= es la raón entre los calores espec/(icos del aire a !olumen  presión constantes los sub/ndices )  2 denotan las condiciones iniciales  (inales respecti!amente.

1os !alores de > son de ).402 para aire seco  de ).362 m/nimo para aire saturado? el e8ponente 5>@)> por lo tanto toma los !alores de 0.2$" para aire seco  de apro8imadamente 0.266 para aire saturado. *n el uso de esta (órmula se está suponiendo #ue el comportamiento es adiabático. *sto es cuando el contenido de !apor del aire permanece constante no %a (ricción en el (lu+o  no %a trans(erencia de calor entre el aire  cual#uier otro cuerpo. *n una mina real por supuesto esto no sucede nunca.


Calor de la masa rocosa


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1os cambios de temperatura en super(icie a(ectan la temperatura de la roca %asta una pro(undidad de unos )- m. A partir de esa pro(undidad la temperatura aumenta uni(ormemente a medida #ue aumenta la pro(undidad. *ste aumento es conocido como gradiente geotrmico  es di(erente para cada distrito minero.
Para calcular la trans(erencia de calor de la pared de la masa rocosa %acia la corriente de !entilación se debe conocer primero la temperatura de la roca !irgen  las propiedades trmicas de la roca conducti!idad trmica  raón de di(usión trmica. *l (lu+o de calor de la roca %acia una !/a de aire es e8tremadamente comple+o  se aparta de la teor/a de trans(erencia de calor de estado continuo.

Aun suponiendo #ue la conducti!idad trmica de la roca es constante el (lu+o de calor es considerablemente más alto durante el per/odo inicial despus de ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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e8ca!ada una obra minera #ue !arios aos más tarde cuando se %an desarrollado condiciones de estado continuo o estable. *n la trans(erencia de calor la %umedad es mu importante si la roca está mu mo+ada esta %umedad aumenta la raón de trans(erencia de calor al reducir la resistencia a la trans(erencia de calor en la inter(ase  al ba+ar la temperatura de bulbo seco del aire.



Aua subterránea ! evaporación

*l agua subterránea en contacto con la roca circundante puede tener una temperatura igual o cercana a la de la roca pero si está en la cercan/a o en contacto con (uentes geotrmicas entonces su temperatura será maor a la de la roca circundante. Por otra parte pueden aadirse grandes cantidades de calor al aire al e!aporarse el agua de barrenación #ue se decanta en áreas minadas con relleno %idráulico  el agua #ue se usa para mo+ar la roca #uebrada en las !oladuras o la!ar obras.

*l mtodo :tar(ield para calcular el (lu+o de calor de la pared de la masa rocosa toma en cuenta la carga de calor por e!aporación. A#u/ no se discute la determinación por separado de la carga de calor por e!aporación debido a su comple+idad  a la cuestionable con(iabilidad de los mtodos e8istentes de estimación. Para (ines de estimación en !irtud de #ue gran parte del aire en la mina está saturado o cerca de su saturación  si el agua no está demasiado caliente no se incurre en muc%o error si se considera un aumento en la temperatura de bulbo seco de 0.36;C cada )00 metros 50.2;F cada )00 pies sobre la ganancia de calor en una obra minera seca. :i el agua está mu caliente un aumento de 3.6-;C cada )00 metros 52;F cada )00 pies %asta llegar a un má8imo de 43.4;C 5))0;F en la temperatura de bulbo seco es lo su(icientemente apro8imado. *n tBneles mu mo+ados la temperatura de bulbo %Bmedo del agua estará todo el tiempo dentro de 2 ;F 5).);C de la temperatura de bulbo seco.

*8isten di!ersas (uentes de calor en las minas subterráneas tales como7 autocompresión del aire calor de la masa rocosa agua subterránea  e!aporación ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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5las cuales se e8plicaron en el párra(o anterior ma#uinaria  alumbrado metabolismo %umano o8idación coladuras mo!imiento de roca  tuber/as.

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Ma"uinaria ! alumbrado

Para calcular el calor sensible producido por el e#uipo electromecánico es elemental establecer la cantidad ubicación potencia total conectada a la mina  el (actor de carga de los e#uipos. :e %ace la suposición de #ue toda la carga de la ma#uinaria en la mina se con!ierte en calor. :i está ba+o consideración un sólo lugar de traba+o entonces nada más la ma#uinar/a localiada a%/ aporta calor. 9a #ue considerar por separado los !entiladores dependiendo de su localiación con respecto a la ona de en(riamiento de la mina. :i el e#uipo es diesel entonces el cálculo de ganancia de calor debe considerar la combustión del combustible comBnmente se supone #ue es el &0 del !alor calor/(ico del combustible7

:i cual#uiera de la ma#uinaria estacionaria en una mina 5un !entilador principal bomba o compresor se puede ubicar en super(icie o si cual#uier e#uipo de una sección 5un !entilador se puede localiar en una !/a de salida de aire entonces se reduce proporcionalmente la ganancia de calor sensible en los lugares de traba+o. Doda la energ/a elctrica del alumbrado se con!ierte en calor sensible el cual aun#ue pe#ueo se suma a la carga de en(riamiento del aire de mina. *l calor generado por el sistema central de alumbrado  las lámparas mineras indi!iduales tambin debe ser considerado.

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Metabolismo #umano

1os procesos del metabolismo %umano producen calor  como la temperatura del cuerpo normalmente está arriba de la temperatura de la atmós(era el calor desec%ado por el cuerpo (lue %acia el aire. *l calor metabólico producido por un %ombre traba+ando !ar/a de $00 a 2400 Etu%. 1os traba+adores en condiciones normales aportan calor sensible  latente 5al e!aporarse el sudor al aire? el más ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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importante en atmós(eras calientes %Bmedas es el calor latente. :i la cantidad de aire de !entilación es relati!amente grande en proporción al nBmero de personas #ue !entila se puede ignorar esa (uente. Por supuesto en condiciones apiadas con !/as de aire pe#ueas o en minas con muc%a mano de obra la contribución de calor corporal metabólico puede ser signi(icati!a.

ariación en la liberación de calor con la

Proporción de calor corporal liberado por

temperatura e(ecti!a de una persona en

radiación

reposo o traba+ando.

e!aporación. 5Por Carrier )&-0.



con!ección



por

$%idación Actualmente no %a una manera e(ecti!a de calcular la cantidad de calor producido en los procesos de o8idación. *n algunas minas metálicas con mineral de sul(uros  en minas de carbón esto puede ser signi(icati!o  en tales casos la carga de


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en(riamiento de mina tiene #ue estimarse aumentándola en una cantidad apropiada.

&oladuras 1os cálculos de la cantidad de calor trans(erida en las disparadas donde es posible %acerlo son di(/ciles  se deben determinar sobre la base de caso indi!idual.

Movimiento de roca Al igual #ue con la o8idación en este momento no se puede cuanti(icar con certea el calor contribuido por el mo!imiento de roca? por lo general no es de consideración. *n las minas #ue soca!an con mtodos por %undimiento se debe %acer una consideración adecuada.

'uber(as Eásicamente se usa la ecuación de Fourier para super(icies cur!as para calcular el (lu+o de calor de una tuber/a de agua caliente %acia el aire de un lugar de traba+o o del aire %acia la tuber/a de agua sólo si la temperatura del agua es menor #ue la del lugar de traba+o.

:in embargo inter!ienen !arios coe(icientes de trans(erencia de super(icie por lo #ue es recomendable seguir un procedimiento tomado de una publicación especialiada en trans(erencia de calor de tuber/as 5G%illier )&"4. A menos #ue %aa tuber/as #ue transporten grandes cantidades de agua arriba de 32 ;C 5&0 ;F o deba+o de 5)6 ;C 560 ;F la cantidad de trans(erencia de calor no es de consideración.



)esumen de cara de en*riamiento

Para %acer un análisis real de calor de una mina subterránea lo óptimo es %acer simulaciones en un modelo computariado de la mina para tomar en cuenta ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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(actores como7 la naturalea dinámica de los (lu+os de aire de la mina los cambios diurnos  estacionales en la temperatura del aire entrante el en!e+ecimiento de las !/as de aire entre muc%os más. A di(erencia del en(riamiento de un edi(icio en donde el aire circula por las mismas áreas una  otra !e 5con la adición de aire (resco del e8terior en una mina el aire por general se usa sólo una !e en cada lugar de traba+o antes de #ue se mue!a al siguiente. *!entualmente el aire debe ser acondicionado otra !e. Por lo tanto para determinar donde se necesita en(riamiento en una mina el procedimiento recomendado es de(inir las má8imas temperaturas #ue deben ser alcanadas calcular los (lu+os de calor  los aumentos de temperatura a medida #ue el aire se apro8ima a la temperatura má8ima ob+eti!o.

+n*riamiento de aire en mina *l ob+eto de acondicionar el aire de la mina impartindole maor capacidad de en(riamiento para contrarrestar condiciones trmicas ambientales ad!ersas es cuando la !entilación no puede mantener condiciones trmicas ambientales adecuadas. Para poder decidir cuál sistema de acondicionamiento de aire es con!eniente se deben conocer o establecer los siguientes datos7 Parámetros (isiológicos meteorológicos en super(icie geológicos de producción  de !entilación.
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Clasi*icación de plantas o sistemas de en*riamiento


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1os lugares lógicos disponibles en una mina subterránea donde deben ubicarse las plantas de re(rigeración son7 en super(icie o en el interior de la mina. 1os sistemas de en(riamiento se clasi(ican en cuanto a su ubicación  en cuanto a la manera de disipar el calor generado por las plantas. *s sabido #ue no %a dos minas iguales por lo #ue para elegir un sistema se debe tomar en cuenta las condiciones indi!iduales de cada mina.

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Aua de super*icie con disposición de calor al aua de drena,e

Para un sistema as/ se necesita tener una gran cantidad de agua (r/a disponible en super(icie tal como un r/o o un lago lo cual es una situación poco comBn. *l agua as/ disponible se entuba para ba+arla a la mina  usarla en plantas de acondicionamiento de aire una !e usada se descarga en el drena+e de la mina.

:e %an %ec%o pruebas de %acer %ielo en super(icie  mandarlo por tuber/a a la mina en una lec%ada de agua a 0 ;C con %ielo. :in embargo el costo de capital de %acer %ielo en super(icie es más alto #ue el de unidades mecánicas de re(rigeración en el interior de la mina.

Unidades de re*rieración con disposición de calor en drena,e de mina


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*n este sistema la unidad de re(rigeración se sitBa en el interior de la mina  en(r/an el aire directamente o %acindolo pasar por un intercambiador de calor. *l condensador de esta unidad es en(riado por agua de mina el agua despus de en(riar el condensador es descargada al sistema de bombeo de agua. *l sistema re#uiere bastante agua. 9a unidades #ue aceptan agua a una temperatura de %asta 40;C 5)04;F utiliando el re(rigerante correcto. *l agua de mina debe estar libre de sedimentos  sólidos disueltos no debe ser corrosi!a ni debe crear incrustaciones en las tuber/as. Por supuesto la descarga de agua caliente del condensador no debe estar en contacto con el aire entrante para no aadir ese calor al aire.

+n*riamiento directo del aire *n este sistema el aire es en(riado al pasar  tener contacto directo con los serpentines de la unidad de re(rigeración. 1as unidades de re(rigeración están integradas por serpentines compresor condensador en(riado por agua  !entilador. *sta unidad es de 40 toneladas  en(r/a )2000 pcm de aire de 32 a )6;C 5&0 a 60 ;F cuando al condensador se le proporciona agua a 2" ;C 5$0 ;F.

+n*riamiento por aua *n este sistema las unidades de re(rigeración en(r/an agua en circuitos cerrados o semicerrados. *l agua en(riada se %ace circular por intercambiadores de calor de ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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serpent/n  aletas o a piletas de aspersión. Dambin se usa agua de mina en el condensador. Cuando se re#uiere en(riar muc%os lugares se pre(iere este sistema sobre el de en(riado directo de aire debido a #ue se puede centraliar el mantenimiento de re(rigeración en una o en unas cuantas áreas por#ue las plantas se pueden ubicar en áreas cercanas a los lugares de traba+o  donde las condiciones de temperatura  %umedad sean más (a!orables.



)e*rieración con torre de en*riamiento subterránea ! disposición de calor en la salida de aire de la mina

*ste sistema es utiliado en las minas de oro suda(ricanas. *n !e de descargar el agua del condensador al sistema de bombeo de la mina se pasa por torres de ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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en(riamiento localiadas en la entrada de contrapoos o tiros de e8tracción de aire. 1as plantas de re(rigeración por lo general se sitBan cerca de estos tiros o contrapoos. *l e#uipo de re(rigeración usado en este sistema debe poder utiliar temperaturas de condensador bastante altas por lo general arriba de 3-; C 5&-; F por#ue la temperatura de bulbo %Bmedo del aire en ese punto es alta.


+n*riamiento de aua de servicios

*l en(riamiento de agua de ser!icios es una práctica mu e8tendida en :udá(rica #ue complementa pero no sustitue otros sistemas de en(riamiento de aire. :e usa más en sistemas de minado #ue in!olucra !oladuras donde el aire pasa de un lugar de traba+o a otro en un (lu+o continuo más #ue por sistemas #ue in!olucran %undimiento. *sta agua se usa para suprimir el pol!o del mineral  tablas. 1a maor parte del calor de la roca #uebrada  de las tablas calienta el agua a la temperatura del aire entrante? ese calor no calentará el aire  disminue la necesidad de en(riar el aire.



Mane,o de aua re*rierada

Para en(riar el aire de mina se puede utiliar agua (r/a de super(icie de tres maneras7 •

istema de alta presión- *n este sistema el agua pasa por los serpentines subterráneos de en(riamiento agua@aire  es retornada a super(icie ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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directamente. Como las minas #ue re#uieren en(riamiento por lo general son pro(undas el agua #ue llega al interior de la mina tiene una gran cabea estática )0 gcm2)00 m 543.3 lbpul2)00 pies por lo #ue el sistema necesita tuber/a de alta presión en toda la mina  el peligro es #ue de %aber •

una (uga el agua !a salir con una (uera tremenda. istema de alta presión con turbina- A#u/ se apro!ec%a la alta cabea estática del sistema para por medio de turbinas accionadas por esa agua generar parte de la potencia necesaria para bombear el agua de la mina  para reducir la cabea estática a ni!eles mane+ables. *l agua una !e #ue pasa por las turbinas se puede usar en un sistema de anillo cerrado o de anillo abierto. *ste sistema tiene la !enta+a de la e(iciencia trmica pero la des!enta+a de prdidas de potencia debidas a las ine(iciencias en las turbinas  generadores  los costos de capital  mantenimiento del e#uipo adicional.

•

istema alta presión/ba,a presión- *ste sistema está (ormado por dos circuitos en el primero o de alta presión el agua de super(icie se puede

•

usar en intercambiadores de calor de coraa  tuber/a en combinación con el segundo circuito en el #ue el agua (lue Bnicamente en el interior de la mina? de los intercambiadores de calor a la unidad de re(rigeración  retorna.

1a !enta+a del intercambiador de calor de coraa  tuber/a es la reducción de presiones a ni!eles mane+ables sin necesitar e#uipo adicional pero tiene las des!enta+as de re#uerir mantenimiento especial para mantener limpios los intercambiadores de calor en especial los tubos cierta prdida de e(iciencia


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trmica en el proceso de intercambio de calor  mu altas prdidas de cabea de bombeo a tra!s de las coraas del intercambiador.

•

istemas de ba,a presión 0 circuito cerrado-

*n esta disposición el agua al salir de los intercambiadores de calor se bombea a serpentines de en(riamiento en las !arias estaciones de en(riamiento regresando directamente a la entrada de la bomba de circulación. 1a maor/a de las estaciones de en(riamiento son del tipo de serpent/n  están en paralelo unas con otras. A !eces el agua de retorno se !uel!e a usar como agua del condensador en unidades de re(rigeración mecánica de punto. *n este sistema las !enta+as son #ue la Bnica cabea #ue debe !encer el bombeo es la debida a las prdidas por (ricción prácticamente no %a consumo de agua e8cepto el ocasionado por (ugas en el sistema. 1as des!enta+as del sistema es #ue se necesita mantener balanceado el sistema con !ál!ulas de control el peligro de las (ugas  la necesidad de mantener una cabea positi!a en la entrada de la bomba.

istemas de ba,a presión 0 circuito parcialmente cerrado con pileta de retorno de aua caliente *n este sistema el agua se almacena en una pileta lo su(icientemente arriba de la bomba de circulación para proporcionar la su(iciente cabea de succión. *l agua (lue a tra!s de la bomba  de los intercambiadores de calor  despus a los !arios serpentines de en(riamiento despus de lo cual retorna a la pileta. *n este arreglo se puede localiar la bomba a sea entre la pileta  los intercambiadores de calor o unidades de re(rigeración si %a la su(iciente cabea para (orar el agua a tra!s del aparato de en(riamiento. *l circuito parcialmente cerrado es más comBn por#ue una (uga en el sistema no !a en detrimento del resto del sistema. 1a pileta tendrá la su(iciente capacidad para mantener (luendo el agua %asta #ue se localice la (uga. *s tambin más (ácil integrar nue!os circuitos a la l/nea por#ue el aire atrapado en las l/neas nue!as (luirá a la pileta de retorno  a%/ se disipará.


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1as des!enta+as de este arreglo son la necesidad de e8ca!ar la pileta la posibilidad más grande de contaminación del agua con sedimentos o con agua ácida de la mina  #ue se debe !encer algo de presión estática.

istema de ba,a presión 0 circuito parcialmente abierto con piletas de aua en*riada ! de retorno de aua

.

A#u/ el agua (r/a sale de los intercambiadores de calor o de otros aparatos de en(riamiento  se almacena en por lo menos una pileta de agua re(rigerada. *l agua de esta pileta es en!iada %acia las estaciones de en(riado en los ni!eles superiores  es descargada a las piletas de retorno de agua. *n las piletas de retorno de agua %a bombas #ue suben el agua a la pileta de almacenamiento de agua caliente cerca de los intercambiadores de calor u otro aparato de en(riamiento. *l agua destinada a los ni!eles in(eriores donde la cabea estática se con!ertirá en un problema es dirigida primero a las piletas intermedias de agua (r/a localiadas poco arriba de los ni!eles.
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estáticas  dinámicas la e8ca!ación  mantenimiento de piletas costo de ad#uisición  mantenimiento de bombas  la posible contaminación del agua.

•

istema de ba,a presión 0 circuito completamente abierto. A#u/ el agua #ue se !a a usar en el en(riamiento subterráneo por lo general se almacena en piletas antes  despus del en(riamiento como en el sistema de anillo parcialmente abierto  se distribue de manera similar. Pero el agua en !e de ser regresada otra !e a una pileta de almacenamiento de agua caliente para !ol!erse a usar en el sistema de en(riamiento es descargada al sistema de agua de bombeo de la mina. Con esto se e!ita la necesidad de muc%as piletas  bombas de retorno pero se necesita una (uente abundante de agua de buena calidad.

1os en(riadores de punto reducen muc%o la e8posición del aire en(riado con la roca caliente de las obras mineras al reducir la distancia #ue el aire en(riado tiene #ue recorrer para llegar al lugar de traba+o. Por lo general se ubican a unos 60 a &0 m del lugar de traba+o. Al estar ubicados cerca del lugar de traba+o los en(riadores de punto alcanan ba+as temperaturas e(ecti!as en los lugares de traba+o  su re#uerimiento total de la planta de en(riamiento es menor. Controlar la calidad del aire dentro de una mina generalmente implica acondicionar el espacio para dotarlo de una maor capacidad de en(riamiento. *n las ediciones pasadas %emos %ablado de las di(erentes (uentes de calor  mencionamos algunos


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sistemas de en(riamiento. *n esta parte (inal se e8plican otros sistemas  sus principales caracter/sticas.

Alternativas para acondicionar el aire de una mina1 cada una responde a necesidades espec(*ica •

istemas de en*riamiento con #ielo

,no de los a!ances más importantes en la tecnolog/a de en(riamiento de la mina es la recuperación de la energ/a potencial del agua? esto %a impulsado la tendencia %acia la instalación de plantas de re(rigeración en super(icie por su gran capacidad para disipar el calor generado por el proceso de re(rigeración. A pesar de los a!ances el costo del bombeo  el calor siguen siendo limitaciones a la pro(undidad a la cual se puede minar. *l costo del bombeo impone un l/mite al caudal de agua #ue se puede mane+ar a tra!s de las tuber/as del tiro por lo #ue se %an buscado alternati!as para conducir agua en(riada. ,na de estas es apro!ec%ar las propiedades del %ielo.
•

Fabricación en ran escala de #ielo

Para poder transportar %ielo a tra!s de tuber/as es necesario (abricar  preparar el %ielo en (orma de part/culas pe#ueas a temperaturas ba+o cero o en (orma de ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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lec%ada de cristales de %ielo en agua l/#uida o en una salmuera. *l %ielo en part/culas se (abrica en (orma de cubos cilindros tubos o escamas #ue se pueden comprimir en pe#ueas es(eras para su transporte. *sat 'and Propietar tiene seis plantas de (abricación de part/culas de %ielo de ) 000 toneladas por d/a cada una. 1as plantas tienen $0 tubos de doble pared de 4.m de longitud. *l %ielo se (orma en las paredes interiores  e8teriores de los tubos al circular un re(rigerante amon/aco en este caso por la parte anular de los tubos durante )3.- minutos de una etapa de congelamiento. *n la etapa de recolección de %ielo #ue dura un minuto  medio se %ace circular amon/aco l/#uido caliente por la parte anular de los tubos. *ste arreglo aumenta la e(iciencia de la unidad al en(riar ligeramente el re(rigerante l/#uido antes de su regreso a los e!aporadores. ,na !enta+a #ue tiene el mtodo de lec%ada de %ielo en agua o en salmuera es #ue promue!e la desaliniación del agua. Dodos los suministros de agua industrial contienen sales disueltas de calcio magnesio  sodio además de otras impureas. :i el congelamiento se desarrolla lo su(icientemente lento o si la inter(ase %ieloagua está siendo la!ada continuamente con agua entonces los cristales tendrán una purea maor #ue la del agua en la cual crecen. 9a tres maneras potenciales para la preparación de lec%ada de %ielo7 el proceso indirecto la (abricación de %ielo por !ac/o  el indirecto. *n el proceso indirecto se %ace circular agua a tra!s de tubos rodeados por re(rigerante (r/o para (ormar microcristales de %ielo dentro de la corriente de agua en mo!imiento. Para e!itar la (ormación de %ielo sólido en las paredes del tubo %a #ue e+ercer un cuidadoso control de la salinidad (lu+o  temperatura. 1a (abricación de %ielo por !ac/o comprende la e!acuación de !apor de agua de un recipiente #ue contiene salmuera. *l punto triple del agua se alcana a una presión de 0.6 Pa  una temperatura de 0;C. 5el punto triple del agua es un estado termodinámico en el cual coe8isten las (ases de !apor de agua agua  %ielo siempre  cuando la temperatura  presión se conser!en constantes. 1a lec%ada de %ielo #ue se (orma se mantiene en mo!imiento por medio de un agitador %asta #ue es bombeada. :e debe remo!er alrededor de ) g de !apor de agua por cada


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".- g de microcristales de %ielo. *l !apor se comprime  condensa para ser reciclado. *n este proceso el agua actBa como su propio (luido re(rigerante. *n el proceso directo una mecla de salmuera  un l/#uido re(rigerante no miscible se roc/an por medio de un aspersor a una cámara. 1a e!aporación del re(rigerante en(r/a la mecla promo!iendo la (ormación de nBcleos de cristales de %ielo dentro de la salmuera. 1a lec%ada se colecta en el (ondo del recipiente para ser bombeada. *l !apor del re(rigerante se e!acua por la parte superior del recipiente para ser comprimido condensado  reciclado.

•

'ransportación del #ielo 1a lec%ada de %ielo puede ser bombeada por tuber/a a su destino mientras #ue las part/culas de %ielo se deben transportar de la planta de (abricación de %ielo al tiro %idráulica o neumáticamente. *n este Bltimo caso la temperatura del aire no debe estar arriba de $;C para pre!enir la aglomeración de part/culas de %ielo.

1as part/culas de %ielo !ia+an a tra!s de la tuber/a del tiro como un (lu+o diluido en el cual las part/culas están separadas  conser!an su identidad indi!idual o como ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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un (lu+o denso? en este caso las part/culas se aglomeran en pa#uetes separados por espacios de aire. :i la raón de %ielo a aire es demasiado grande entonces se desarrollará el (lu+o por e8trusión en el cual el riesgo de #ue la tuber/a se tape es mu grande.

•

Incorporación del #ielo al sistema de en*riamiento de la mina

*l bombeo de agua de retorno de la mina se pasa a tra!s de una torre de en(riamiento  despus pasa por un preen(riador de agua. *ste en(riamiento se puede lograr con %ielo de la planta de (abricación de %ielo o alternamente por un pa#uete en(riador de agua separado. *l %ielo en part/culas ba+a por tuber/a a una pileta donde se mecla con agua o se en!/a a un silo con base per(orada a !eces se roc/a agua de la pileta de agua caliente al silo de %ielo. *l agua #ue sale por el (ondo del silo es en!iada a 0;C a la pileta de agua (r/a. :e debe mantener de ) a 2 m de %ielo en el silo esta pro(undidad se puede monitorear con un transductor de posición. 1as seales transmitidas pueden acti!ar o desacti!ar la alimentación de %ielo al silo. 1a pro(undidad de %ielo en el silo debe considerar un (actor de seguridad para poder en(rentar (luctuaciones en la demanda a corto plao. 1as !ariaciones a largo plao se pueden satis(acer aumentando la (abricación de %ielo o controlando el compresor en las unidades de re(rigeración. Cuando a los aspersores se les suministra lec%ada de %asta un 20 de %ielo me+ora notablemente la capacidad de los intercambiadores de calor. *n la cámara

de aspersión las gotas permanecen a 20;C %asta #ue los cristales de %ielo se derriten. :e están realiando in!estigaciones sobre las caracter/sticas de la tuber/a  el bombeo de lec%ada de %ielo. 1as pruebas iniciales indican #ue con una lec%ada del 40 la ca/da de presión en las tuber/as son apro8imadamente tres !eces la ca/da de presión con agua.

•

Aspectos económicos de los sistemas de #ielo


23


1a utiliación de sistemas de %ielo en el en(riamiento en las minas tiene las siguientes !enta+as7 :e reduce muc%o el caudal de agua en las tuber/as del tiro? por lo #ue las

•

tuber/as pueden ser más pe#ueas  tambin se reducen los costos de bombeo. *n la mina se dispone de agua a 0;C. Con los sistemas con!encionales de

•

agua en(riada el agua en la mina está entre 3  6;C. 1as !ariaciones de corto plao en la demanda se satis(acen con el %ielo

•

almacenado en los silos. •

*s sencillo aumentar la capacidad de los sistemas.

•

*s más (ácil reducir o eliminar la necesidad de turbinas usando un sistema de %ielo en el interior de la mina. :e me+ora la calidad del agua con la (abricación del %ielo reduciendo la

•

corrosión  (ormación de depósitos en las tuber/as.



)esumen del proceso de dise2o

*l primer paso para disear un sistema de re(rigeración en la mina es determinar cuánto calor puede ser remo!ido por la !entilación  cuánto debe ser remo!ido por el sistema de re(rigeración. Primero debemos tener un sistema de !entilación bien diseado  establecido. *s (ácil entender #ue debemos lle!ar el sistema de !entilación a su l/mite. 1as etapas del procedimiento de diseo de un sistema de en(riamiento de mina son7 •

*stableca la carga de calor esperada para toda la mina  por lugares de traba+o.

•

Para toda la mina  para cada área determine los (lu+os de aire re#ueridos para diluir los pol!os  gases contaminantes tomando en cuenta los l/mites de !elocidad del aire. *n los circuitos de !entilación se debe establecer la distribución  las posibles (ugas de aire.


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•

•

•

•

In!estigue las posibles ubicaciones de la planta de re(rigeración  la posibilidad de emplear dispositi!os de recuperación de energ/a. *stableca la capacidad de la planta de re(rigeración sumando las

•

capacidades de los intercambiadores de calor tomando en cuenta prdidas en la red de tuber/a.
•

la temperatura deseada del medio de en(riamiento  dispositi!os para la disposición del calor.
•

tuber/as  capacidades de bombeo.
•

incluendo

!ál!ulas

tuber/as

bombas

intercambiadores

de

calor

instrumentación  controles.
•

en(riamiento.



Alunos posibles desarrollos en sistemas de en*riamiento

Ciertos in!estigadores están buscando  e8perimentando alternati!as para acondicionar el aire. *n ocasiones los sistemas normales de acondicionamiento no alcanan a en(riar de manera apropiada o el problema es mu local entonces se está in!estigando el acondicionamiento del lugar donde traba+a el obrero en !e de en(riar todos sus alrededores o de una porción de la mina. *ste mtodo #ue es un ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS

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desarrollo de la era espacial se conoce como en(riamiento de microclima  tiene una aplicación limitada en las minas. :e puede en(riar el aire usando el !órtice tubular #ue es una (orma de re(rigeración neumática local. *ste sistema es pe#ueo  compacto  se puede usar por personas #ue usen un casco c%a#ueta o tra+e protector de calor. :e puede usar tambin en espacios cerrados o talleres.
1a (racción de aire caliente se descarga directamente a la atmós(era de la mina. 1as des!enta+as de este sistema son el costo del aire comprimido  la molestia de la manguera cuando se usa en un casco o tra+e los estorbos del casco o tra+e  la presencia de neblina de aceite en el aire comprimido.


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Conclusiones

*l acondicionamiento de aire en minas +uega un papel importante en las condiciones ambientales re#ueridas en las labores  (rentes de traba+o pues gracias a este se puede aumentar la capacidad de en(riamiento del aire controlando  reduciendo la temperatura  la %umedad.



,n sistema de en(riamiento de aire se utiliara cuando un incremento en los (lu+os de !entilación no sea su(iciente para mantener condiciones ambientales adecuadas en la mina.



,n acondicionamiento de aire adecuado proporciona un ambiente con(ortable para los traba+adores  permite la me+ora de la producti!idad de los e#uipos.



:e debe tener un sistema de !entilación bien diseado  establecido como primer paso7 determinar cuánto calor puede ser remo!ido por la !entilación  por la re(rigeración.


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3in4ora*ia

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Trabajo de Acondicionamiento de Aire en Minas

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