ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE MINAS Y ENERGÍA
PROYECTO FIN DE CARRERA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA GEOLÓGICA Y MINERA
Optimización y modelización del circuito de ventilación de una mina subterránea
Alberto Campillos Prieto
FEBRERO 2015
TITULACIÓN: INGENIERO DE MINAS
PLAN: 1996
Autorizo la presentación del proyecto
Optimización y modelización del circuito de ventilación de una mina subterránea
Realizado por Alberto Campillos Prieto
Dirigido por D. Jorge Castilla Gómez
Firmado: Prof. Jorge Castilla Gómez Fecha:…………………………………
III
INDICE
Resumen y abstract………………………………………...……………………………X Documento 1: Memoria 1
Objetivos y alcance…………………..………………………………………………2
2
Introducción………………………………………………………………….………3 2.1 Atmósfera de mina …………………………………………………….…….3 2.2 Gases producidos en las minas y efectos sobre personas ...……………...….5 2.3 El clima…………………………………………………....…………………7 2.3.1
Factores que influyen sobre el clima subterráneo………………..8
2.4 Objetivo de la ventilación……………………………………………………9 3
Diseño de la red de ventilación. Parámetros básicos……………………………….11 3.1 Concepto de caudal…………………………………………………………11 3.2 Concepto de resistencia aerodinámica…………………………………...…11 3.3 Concepto de coeficiente de forma de una galería…………………………..12 3.4 Concepto de resistencia aerodinámica de una galería………………………13 3.5 Cálculo de la red de ventilación…………………………………………….13
4
3.5.1
Cálculo de la resistencia equivalente………………………...…13
3.5.2
Elección el ventilador y cálculo del reparto de c audales……….14
3.5.3
Potencia necesaria……………………………………………....15
3.5.4
Evaluación de resultados………………………………………..15
Ventilación principal……………………………………………………….……....16 4.1 Tipos de ventiladores………………………………………….…………....17 4.2 Curva característica…………………………………………………………19 4.3 Acoplamiento de ventiladores…...………………………………………....20 4.3.1
En serie sobre un mismo pozo o galería…...……………………20
4.3.2
En paralelo sobre un mismo pozo…………...……………….…20
4.3.3
En paralelo sobre pozos diferentes…………...…………………21
4.4 Inversión de la corriente…………………………………...……………….21 5
Ventilación secundaria………………………………………….…..………….…..23 5.1 Esquema de ventilación……………………………………...……………..25 5.2 Recomendaciones para la ventilación secundaria…………………………..27 IV
6
Medida de aforos de ventilación……………………………………...…………….28 6.1 Campaña de mediciones. Parámetros a medir…………………...…………28 6.1.1
Levantamiento depresiométrico…………………...……………28
6.1.2
Medida de secciones………………………….………...………28
6.1.3
Medida de velocidades y caudales de la corriente de aire….…..29
6.1.4
Medida de temper aturas……………………………………...…29
6.2 Desarrollo…………………………………………………………………...29 6.2.1
Equipos y herramientas de trabajo…………………………...…29
6.2.2
Metodología de los trabajos………………………………….....30
6.3 Aforo en galerías……………………………………………………………30 6.3.1
Instrumentación necesaria……………………………..………..30
6.3.2
Procedimiento de medición……………………………………..31
6.4 Medida en esclusas y puertas……………………………….………………33 6.4.1
Instrumentación necesaria………………………………………33
6.4.2
Procedimiento de medición……………………………………..33
6.5 Hoja de datos tipo……………………………………………………….….34 7
Optimización de red de ventilación. Caso práctico..………………..…...…………35 7.1 Simulación de ventilación natural sin nuevo nivel 4……………………….39 7.2 Simulación de ventilación natural con nuevo nivel 4……………...……….41 7.3 Simulación con ventilador principal de 2 kPa sin nuevo nivel 4 …...………43 7.4 Simulación con ventilador principal de 2 kPa con nuevo nivel 4 …………..45 7.5 Comentarios a la simulación de la situación actual de la explotación…..….47
8
Simulación de alternativas propuestas…………………………………………...…48 8.1 Ventilador principal 2 kPa y regulaciones……………………………..…...48 8.2 Ventilador principal 4 kPa y regulaciones……………………………….....51 8.3 Ventilador principal 2 kPa, ventilador secundario 0,06 kPa clausurando ramas nivel 2……………………………………………………..…………54 8.4 Ventilador principal 2 kPa, ventilador secundario 0,06 kPa clausurando ramas nivel 3………………………………………………………..………57 8.5 Ventilador principal 2 kPa, ventilador secundario 0,06 kPa clausurando ramas nivel 2……………………………………………………..…………60
9
Conclusiones……………………………………………………………..…………63
10 Bibliografía………………………………………………………………..………..64 V
Documento 2: Estudio económico Estudio económico……………………………………………………..…………..67
Documento 3: Anexos Anexo 1. Tablas de resultados. Casos previos………………………..…….………71 Anexo2. Tablas de resultados. Alternativas propuestas……………….………..….76
VI
INDICE DE FIGURAS Figura 1 Resistencias en diagonal………………………………………………...……14 Figura 2 Ventilador centrífugo. AirEng……………………………………….….……18 Figura 3 Ventilador axial. ClarageTT…………………………………………………..18 Figura 4 Curva característica de un ventilador…………………………………………19 Figura 5 Cr iterio de selección del parámetro k…………………………………………31 Figura 6 Orden de medida con anemómetro …...………………………………….…..32 Figura 7 Hoja de datos tipo…………………………….……………………………….34 Figura 8 Vista de explotación a optimizar en la actualidad……………….……………35 Figura 9 Vista de la explotación con el futuro nivel 4………………………………….37 Figura 10 Ramas de la explotación numeradas……………………………………..….38 Figura 11 Representación gráfica de velocidad de aire caso previo 1…….………....…39 Figura 12 Representación gráfica de caudal de aire caso previo 1……………………..39 Figura 13 Representación esquemática de velocidad de aire caso previo 1…………....40 Figura 14 Representación esquemática de caudal de aire caso previo 1……………….40 Figura 15 Representación gráfica de velocidad de aire caso previo 2……………….…41 Figura 16 Representación gráfica de caudal de aire caso previo 2……………………..41 Figura 17 Representación esquemática de velocidad de aire caso previo 2……………42 Figura 18 Representación esquemática de caudal de aire caso previo 2……………….42 Figura 19 Representación gráfica de velocidad de aire caso previo 3….........................43 Figura 20 Representación gráfica de caudal de aire caso previo 3.………………….....43 Figura 21 Representación esquemática de velocidad de aire caso previo 3…………....44 Figura 22 Representación esquemática de caudal de aire caso previo 3…………….....44 Figura 23 Representación gráfica de velocidad de aire caso previo 4……………….....45 Figura 24 Representación gráfica de caudal de aire caso previo 4…………..................45 Figura 25 Representación esquemática de velocidad de aire caso previo 4…................46 Figura 26 Representación esquemática de caudal de aire caso previo 4……………….46 Figura 27 Actuaciones sobre el circuito de ventilación - Alternativa 1………………..48 Figura 28 Representación gráfica de velocidad de aire alternativa 1……………..……49 Figura 29 Representación gráfica de caudal de aire alternativa 1……………………...49 VII
Figura 30 Representación esquemática de velocidad de aire alternativa 1………….…50 Figura 31 Representación esquemática de caudal de aire alternativa 1………………..50 Figura 32 Actuaciones sobre el circuito de ventilación - Alternativa 2………………..51 Figura 33 Representación gráfica de velocidad de aire alternativa 2……………….….52 Figura 34 Representación gráfica de caudal de aire alternativa 2……………………...52 Figura 35 Representación esquemática de velocidad de aire alternativa 2…………….53 Figura 36 Representación esquemática de caudal de aire alternativa 2…………….….53 Figura 37 Actuaciones sobre el circuito de ventilación - Alternativa 3………………..54 Figura 38 Representación gráfica de velocidad de aire alternativa 3……………….….55 Figura 39 Representación gráfica de caudal de aire alternativa 3……………………...55 Figura 40 Representación esquemática de velocidad de air e alternativa 3…………….56 Figura 41 Representación esquemática de caudal de aire alternativa 3………..………56 Figura 42 Actuaciones sobre el circuito de ventilación - Alternativa 4………………..57 Figura 43 Representación gráfica de velocidad de aire alternativa 4……………….….58 Figura 44 Representación gráfica de caudal de aire alternativa 4…………….………..58 Figura 45 Representación esquemática de velocidad de aire alternativa 4………..…...59 Figura 46 Representación esquemática de caudal de aire alternativa 4……………..…59 Figura 47 Actuaciones sobre el circuito de ventilación - Alternativa 5………………..60 Figura 48 Representación gráfica de velocidad de aire alternativa 5…………….…….61 Figura 49 Representación gráfica de caudal de aire alternativa 5…………….………..61 Figura 50 Representación esquemática de velocidad de aire alternativa 5…………….62 Figura 51 Representación esquemática de caudal de aire alternativa 5…………….….62
VIII
INDICE DE TABLAS Tabla 1 Gases frecuentes, efectos que pr oducen y origen de los mismos………….…....7 Tabla 2 Criterio de selección de ventilación secundaria..…………………...…………26 Tabla 3 Datos proporcionados de los ventiladores por la explotación………….……...36 Tabla 4 Costes de instalación, mantenimiento y funcionamiento….…………………..68
IX
Resumen y abstract Este documento presenta los parámetros necesarios referentes a la ventilación de una mina subterránea, la normativa aplicable a est e tipo de instalaciones, así como los procedimientos e instrumentación básicos para la medida de aforos. Todo ello va encaminado a cuantificar el circuito de ventilación de una mina subterránea para realizar de forma eficiente una modelización de la ventilación. Se presenta además un caso práctico de simulación optimizada a partir de parámetros para una ampliación de un nuevo nivel en una explotación. Esta optimización está caracterizada de forma económicamente eficiente.
This paper presents the necessary parameters concerning ventilation of an underground mine, the regulations applicable to such facilities and basic procedures and instrumentation for measuring capacities. All of this is aimed at quantifying the ventilation circuit of an underground minefor efficiently modeling of ventilation. A case of optimized simulation is also presented based on parameters for amplifying a new level in an underground mine. This optimization is economically characterized on an efficient way.
X
1
Optimización y modelización del circuito de ventilación de una mina subterránea
Documento 1: Memoria
2
1 Objetivos y alcance El objeto del proyecto surge de la necesidad de parametrizar una explotación subterránea con el fin de modelizar esta y así poder adaptar su circuito de ventilación a nuevas condiciones que se puedan llegar a dar de una forma eficiente. El uso de métodos informáticos para la simulación y la necesidad de crear una metodología de medida de aforos para alimentar dichos métodos, da pie a poder trasladar el sistema a otras explotaciones subterráneas con el fin de crear sistemas de ventilación mejores, más seguros, más baratos y en definitiva, más eficientes.
3
2 Introducción 2.1 Atmósfera de mina La composición del aire a nivel del mar en tanto por ciento en volumen es: N2………. 78,08 % O2………. 20,95 % CO2…….. 0,03 % Ar……….. 0,93 % Otros…….. 0,01 %
A medida que se profundiza en la mina estas composiciones varían y se van incorporando gases nuevos como CH 4, CO, NOx, H2S, SO2 y otros más. En el artículo 69 del Reglamento General de Normas Básicas para la Seguridad Minera se dice que “Las concentraciones volumétricas admisibles para los distintos
gases peligrosos a lo largo de una jornada de trabajo se especifican en Instrucciones Técnicas Complementarias. En ninguna actividad la proporción de oxígeno será inferior al 19 por 100 en volumen. En caso necesario se realizará la corrección pertinente por altitud.”
Así pues en el apartado primero de la ITC 04.7.01 se especifican dichos valores: Las concentraciones volumétricas admisibles para los distintos gases peligrosos, a lo largo de una jornada de ocho horas, son las siguientes: -
50 ppm de monóxido de carbono (CO).
-
5.000 ppm de dióxido de carbono (CO 2).
-
10 ppm de óxidos de nitrógeno (NO + NO 2).
-
10 ppm de sulfuro de hidrógeno (SH 2).
-
5 ppm de dióxido de azufre (SO 2).
-
1.000 ppm de hidrógeno (H 2).
No obstante durante períodos cortos y de acuerdo con la peligrosidad del gas podrán admitirse contenidos superiores, sin que se sobrepasen nunca los siguientes:
4
-
100 ppm de monóxido de carbono (CO).
-
12500 ppm de dióxido de carbono (CO 2).
-
25 ppm de óxidos de nitrógeno (NO + NO 2).
-
50 ppm de sulfuro de hidrógeno (SH 2).
-
10 ppm de dióxido de azufre (SO 2).
-
10.000 ppm de hidrógeno (H 2).
Las labores en que se alcancen concentraciones superiores a estos valores serán desalojadas de modo inmediato, adoptándose por la Dirección Facultativa las medidas tendentes a disminuir dichas concentraciones. En ninguna labor en actividad la proporción de oxígeno será inferior al 19 por 100 en volumen. En caso necesario se realizará la corrección pertinente por altitud.”
Los contenidos límites de CH 4 y de anhídrido carbónico se regulan en la ITC 05.0.02, que dice: "La cantidad de aire a circular será la suficiente para la higiene del trabajo, de acuerdo con lo dispuesto en las ITC 04.7.01 y 04.7.02 y además la necesaria para diluir el grisú por debajo de los límites volumétricos siguientes: -
0,80% en los retornos de aire principales.
-
1,50% en las restantes labores de la mina salvo en los retornos de los talleres electrificados, que será del 1%.
Sin embargo, cuando exista un control automático permanente del grisú la autoridad minera competente podrá aumentar estos contenidos límites a los siguientes valores: -
1% en los retornos de aire principales.
-
1,5% en los retornos de los talleres electrificados.
Cuando en alguna labor se sobrepasen los contenidos anteriores se detendrán los trabajos y se observará la tendencia de esta acumulación. Si el contenido sobrepasa el 2,5%, la labor será abandonada por el personal. A estos efectos la dirección facultativa dará instrucciones concretas sobre la interpretación y manejo de los aparatos de lectura del grisú. La corriente general de salida llamada comúnmente "corriente de retorno" no contendrá más de 0,5% de anhídrido carbónico".
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2.2 Gases producidos en las minas y efectos sobre personas La composición del aire de la mina, puede experimentar notables variaciones a lo largo de su recorrido:
a) En labores de minas nada o insuficientemente ventiladas (por ejemplo, galerías abandonadas, pozos abandonados, realces de pozos interiores, contraataques o chimeneas). - proporción de oxígeno reducida debida a “oxidación silenciosa” y por gasificación de metano. -
elevada proporción de dióxido de carbono por “oxidación silenciosa”.
- pequeñas cantidades de monóxido de carbono por procesos de oxidación inexplicables según la duración de la falta de ventilación y situación de emplazamiento. b) En gases de incendios y humos de explosiones -
Proporción de oxígeno reducida debida a oxidación de objetos del incendio.
-
Elevada proporción de dióxido de carbono por oxidación de objetos del incendio.
-
Cantidades en el margen de algunos porcentajes en volumen: o
De monóxido de carbono por oxidación incompleta de objetos de incendio.
o
De metano por descomposición térmica de objetos del incendio.
o
De hidrógeno debida a descomposición térmica de objetos del incendio.
Existe gran peligro, sobre todo, por las elevadas proporciones de monóxido de carbono.
c) En zonas de incendios sofocados
6
-
Proporción de oxígeno muy reducida por interrupción de aporte de aire al foco del incendio.
-
Proporción muy elevada de dióxido de carbono por interrupción de aporte de aire al foco del incendio.
-
Monóxido de carbono e hidrógeno en el margen de algunos porcentajes en volumen por descomposición térmica de los objetos del incendio.
-
Elevada proporción de metano por gasificación.
Existe gran peligro por insuficiencia de oxígeno, elevadas proporciones de monóxido de carbono y dióxido de carbono.
d) En trabajos de voladuras - Notables cantidades de "gases nitrosos". - Notables cantidades de monóxido de carbono. -
Existe peligro de intoxicación por aspiración de humos concentrados o aspiración de humos diluidos durante un largo período de tiempo.
e) Al transitar por aguas estancadas -
Aparición de notables concentraciones de ácido sulfhídrico.
f) En erupciones de dióxido de carbono en las minas de potasas o de carbón situado en zonas volcánicas. -
Elevada proporción de dióxido de carbono y por ello al mismo tiempo proporción de oxígeno fuertemente reducida. No se conocen casos en España, aunque sí de minas potásicas con grisú.
En definitiva, los gases más frecuentes en las minas, sus efectos sobre las personas o sobre el ambiente y su origen, son los siguientes:
7
Tabla 1 Gases frecuentes, efectos que producen y origen de los mismos GASES Necesarios para la respiración
Anóxicos asfixiantes
Oxigeno
o Nitrógeno Metano Anhídrido carbónico
Tóxicos químicos
Monóxido de carbono
Gases nitrosos Tóxicos químicos
Sulfuro de hidrógeno Bióxido de nitrógeno
Otros
Ácido fórmico Ácido cianhídrico Dioxina
ORIGEN Atmosfera exterior. Por regeneración del aire de respiración en equipos de autosalvamiento. Por generación en equipos de respiración con botella de O2 o generación por vía química. Atmosfera exterior. Aportación del exterior como gas inerte para extinción de fuegos o incendios. Desprendimiento en la mina. Desprendimiento de CO 2 en la mina. Oxidación lenta del carbón y la madera. Fuegos e incendios. Combustión lenta del carbón. Incendios y calentamientos de bandas transportadoras, aceites, cables eléctricos y otras sustancias plásticas. Voladura de explosivos. Gases de escape de motores de combustión interna. Aguas estancadas. Oxidación del NO producido por explosivos y gases de escape. Mala ventilación en el empleo de espumas de ureaformaldehído. Combustión de poliuretano. Emisión de vapores de difenilos y trifenilos.
2.3 El clima Se define el clima de la mina como "la influencia de la temperatura ambiente, de la radiación térmica y de la velocidad del aire sobre el bienestar y la capacidad de rendimiento del personal". Podría ampliarse este sentido y tomarse en consideración también la influencia del polvo, la oscuridad, la estrechez y otros efectos sicológicos, pero sería tal la dificultad de evaluación conjunta que no se hace así. El presente RGNBSM contempla muy someramente el clima subterráneo. Solamente la ITC 04.7.02, en su apartado 3, dice "3. Temperatura, humedad, clima La corriente de ventilación establecida deberá ser capaz de diluir y expulsar los polvos y gases nocivos, suministrar aire respirable e impedir la elevación de la temperatura de las labores, que no excederá de 33° C de temperatura equivalente en ningún lugar donde regularmente trabaje el personal. La temperatura equivalente se calculará con la fórmula siguiente:
8
te = 0,9 · th + 0,1 · ts donde: te = temperatura equivalente en ºC. th = temperatura húmeda en ºC. ts = temperatura seca en ºC. Para la salubridad del trabajo se observarán las siguientes disposiciones: 1. En los trabajos subterráneos con elevadas temperaturas se tomarán estas diariamente, en los sitios en los que la temperatura equivalente exceda de 30 ºC, anotándolas en un registro. Además se medirán la temperatura del aire a la entrada y salida general. 2. En casos especiales podrá trabajarse a temperatura equivalente superior a 33°C, previa autorización especial de la autoridad minera y en las condiciones fijadas por ella. También podrá trabajarse a temperaturas equivalentes superiores a 33°C en casos urgentes, lo que se realizará con las debidas precauciones y bajo el control constante de personal técnico."
2.3.1 Factores que influyen sobre el clima subterráneo Cuando se desea estudiar el comportamiento humano en un ambiente caliente, hay que tomar en consideración cinco magnitudes determinantes: -
La temperatura seca.
-
La humedad del aire, que puede ser caracterizada por la temperatura húmeda t h y la presión barométrica p.
-
La velocidad del aire V en la proximidad del cuerpo humano.
-
La radiación de las paredes.
Tres de estos factores han sido agrupados en la llamada temperatura equivalente, que se define como la temperatura de una atmósfera saturada (t s = th) y sin movimiento del aire (V = 0) que da a la mayor parte de las personas la misma impresión de calor que el ambiente considerado, en el cual la temperatura seca y húmeda y la velocidad del aire, tienen valores cualesquiera.
9
El valor de se te determina por la fórmula: te = 0,3 · ts + 0,7 · th – V
(V en m/s)
2.4 Objetivo de la ventilación El objetivo de la ventilación es proporcionar una cantidad de aire suficientemente rica en oxígeno para alimentar todas las formas de combustión. Una mala ventilación puede ser debida a: -
La profundidad de la mina (alta temperatura).
-
Las malas condiciones del circuito de ventilación: Longitud, sección, irregularidades.
-
La mala utilización de las puertas de ventilación.
-
La presencia de cantidades anormales de gases nocivos.
-
Humedad del aire.
- No respetar los reglamentos y consignas establecidas Para obtener una corriente de aire se precisan: Entrada de aire, salida de aire y una diferencia de presión. La corriente de aire va hacia donde la presión es menor. El objetivo del equipo responsable de la ventilación es analizar los parámetros del comportamiento del circuito de ventilación principal y el reparto de caudales de aire en las distintas labores de la mina, y con la utilización de los diferentes programas informáticos de cálculo de redes, “modelizar” el circuito de manera que el “modelo” sea lo suficientemente representativo de la evolución del aire dentro de las labores a ventilar. De esta manera, se podrá utilizar el “modelo” que representa el circuito de
ventilación primaria, y se podrá “prever” comportamientos y tendencias de la ventilación principal ante modificaciones futuras de dicho circuito real, como pueden ser el cierre o apertura de puertas o esclusas de ventilación, la instalación de un nuevo ventilador o la supresión de otro existente, la disminución de las fugas de caudal por las esclusas tras un acondicionamiento de las mismas, el acondicionamiento de un retorno de ventilación, etc.
10
Para hacer un diagnóstico del sistema de ventilación presente, se ha de sustentar en una serie de mediciones de los distintos parámetros que conforman la ventilación de la mina. Esto permitirá conocer las condiciones presentes de ventilación, tanto principal como secundaria, y de allí determinar las futuras posibles correcciones necesarias, basándose los cálculos (teóricos) de éstas en los resultados obtenidos con las aplicaciones informáticas adecuadas.
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3 Diseño de la red de ventilación. Parámetros básicos 3.1 Concepto de caudal El caudal de aire es la medida de volumen de aire en la unidad de tiempo. Para ello se mide la velocidad de aire que atraviesa una sección dada. Las unidades en que se mide el caudal es m 3/s y para ello cuantificamos la velocidad del aire, en m/s, y la sección en la que se mide, en m 2. Considerando una labor minera, en la que no existen aportaciones ni escapes de aire. Aceptando la aproximación de que el peso específico del aire no varía a lo largo de la labor, el caudal de aire que recorre la labor queda entonces definido. La normativa internacional señala una cantidad nunca inferior a 0,2 m 3/s para la correcta dilución de los gases en minería y abastecimiento de aire.
3.2 Concepto de resistencia aerodinámica Se define la carga X de la corriente de aire en una sección de la labor, por la expresión de Bernoulli:
X= p+ γ· V + γ·Z La pérdida de carga entre dos puntos, 1 y 2, será:
V V ∆X = X X = p + γ · + γ·Z p + γ · + γ·Z Se define la resistencia R de esta labor minera por la expresión:
3 · ∆ 10 = Esta expresión se puede referir al volumen de aire de una galería usando las dos formulas anteriores tal que:
3 λ · γ· P·L 10 R = 8g · S3 Donde:
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- g es la aceleración de la gravedad (9,81 m/s) - λ es el coeficiente de frotamiento - γ es la masa volúmica del fluido (kg/m 3) - P = perímetro de la galería (m). - L = longitud de la galería (m). - S = sección recta (m 2). Si la galería está sostenida por cuadros, S es la sección interior del cuadro.
3.3 Concepto de coeficiente de forma de una galería
El coeficiente de forma es una expresión empírica que permite relacionar el perímetro de una galería con su sección, de tal forma:
φ = 2√ PπS Si esta relación se aplica al cálculo de resistencia particularizada, R s, para un valor de γ = 1,226 se llega a la siguiente expresión:
R = 55· λ· φ· SL, Si la galería está ocupada con material y/o obstáculos, (tuberías, cintas transportadoras, trenes, etc.) su resistencia aumenta. El nuevo valor se obtiene multiplicando la resistencia de la galería vacía por un coeficiente de obstáculos E, con lo que se obtiene la expresión final:
R = 55· λ· φ· SL, ·E
13
3.4 Cálculo de la resistencia aerodinámica de una galería Partiendo de la formula anterior de resistencia, se observa que conocida la sección media a lo largo de la galería junto a su perímetro y longitud de la misma, solo faltaría el conocimiento de: -
E: Coeficiente de obstáculo. Depende particularmente de cada obstáculo.
λ: Coeficiente de frotamiento. Se diferencia entre coeficiente de frotamiento de
pared y de suelo:
λ = 0,7 λ + 0,3 λ Su cálculo se obtiene de tablas y ábacos en función del material de revestimiento y el estado del mismo.
3.5 Cálculo de la red de ventilación El objeto del cálculo de la red de ventilación es determinar el reparto del caudal total de aire que entra en la mina, entre sus distintas labores: pozos, galerías, talleres, para comprobar después que dichos caudales igualan o superan a los necesarios para que el trabajo en esas labores sea posible en las condiciones reglamentarias. El cálculo del reparto del aire, puede realizarse según diversos métodos, en función de la mayor o menor complejidad de la mina en estudio.
3.5.1 Calculo de la resistencia equivalente Para el cálculo de minas sencillas, con una sola entrada y salida, se podrán disponer las resistencias de las galerías de tal forma que el cálculo se reduzca al cálculo de resistencias en serie, paralelo y diagonal.
-
Resistencias en serie: Re = R1 + R2 + … + Rn
-
Resistencias en paralelo:
1⁄ = 1⁄ + 1⁄ +⋯ + 1⁄
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-
Resistencias en diagonal:
Figura 1 Resistencias en diagonal Para resolver este caso hay que realizar la conversión de estrella triángulo que se rige por las fórmulas:
( +3) + ( +3) 3 ( +) ] − = 12 [∑+2 ( +3) ∑ +2 ( +3) ∑ +2 3( +) ( +3) + 3 ( +3) + ( +3) ] −3 = 12 [∑+2 ( +3) ∑ +2 3( +) ∑ +2 ( +3) 3 ( +) + ( +3) ( +3) ] −3 = 12 [∑+2 3( +) ∑ +2 ( +3) ∑ +2 ( +3) 3.5.2 Elección del ventilador y cálculo del reparto de caudales. Una vez conocida la resistencia equivalente, o bien la potencia, se puede calcular la presión total que ha de suministrar el ventilador principal para que circule por la mina el caudal deseado Q.
∆= 1000 Esto se complementa con el cálculo del reparto de caudales entre los distintos ramales del circuito para lo que se utilizan las siguientes fórmulas: -
Tramos en serie: Q = Q1 = Q2 = … = Qn Además:
∆ = = ( + +⋯+ ) -
Tramos en paralelo:
∆ = = =⋯ =
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3.5.3 Potencia necesaria. La potencia aerodinámica consumida por un ramal al circular un caudal Q, que experimenta una pérdida de carga ΔX, viene dado por: W = Q · ΔX
3.5.4 Evaluación de resultados. La etapa final en el cálculo de la red es la verificación de que el reparto de caudales es el deseado. Si todas las labores quedan bien ventiladas el problema puede darse por resuelto. Si alguna labor resulta infraventilada, es preciso modificar algunas resistencias y rehacer el cálculo. Rehacer una resistencia significará, en la realidad, ensanchar una galería, colocar una puerta, o en general, realizar una labor minera que se buscará siempre sea la más sencilla.
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4 Ventilación principal La ventilación principal es aquella que lleva el aire a las principales labores de la mina. El circuito consta de uno o varios pozos o galerías de entrada, una serie de niveles, galerías o pozos que lo reparten por los distintos tajos o labores y uno o varios pozos o galerías de salida.
El ventilador principal es una máquina que produce en el circuito una elevación de presión igual a la pérdida de carga que experimenta el flujo de aire al recorrer la mina. Según el Reglamento General de Normas Básicas de Seguridad Minera, las minas, en general, pueden ser aireadas con ventilación natural, pero “se dispondrá de medios de ventilación artificial para regularizarla cuando no sea capaz de cumplir las condiciones exigidas". (ITC 04.7.01, ap. 1).
"En la minas de carbón, será siempre obligatorio el empleo de Ventiladores Principales" (ITC 04.7.03). Además, si la mina es con grisú "tendrán funcionando de modo continuo aparatos de ventilación principal..." (ITC 05.0.04 ap. 1). Lo anterior quiere decir que si la mina es de carbón, pero clasificada en 1ª categoría (ITC 04.1.01) se instalará un ventilador principal, el cual podría funcionar sólo cuando la ventilación natural no sea capaz de mantener las condiciones exigidas.
Sin embargo, si la mina está clasificada como grisuosa, el/los ventilador/es trabajarán de forma continua excepto en los períodos de inactividad, cuyas "paradas serán objeto de aprobación por parte de la Autoridad Minera, que establecerá las prescripciones
necesarias
para
garantizar
la
seguridad
de
los
trabajos"
(ITC 05.0.04, ap. 1).
Si la mina es de 3ª o 4ª categoría con respecto al grisú, "habrá dos o más ventiladores principales alimentados con fuentes distintas de energía, para que en caso de avería de uno de ellos, pueda asegurarse la continuidad de la ventilación, de forma que siempre pueda efectuarse la evacuación del personal con toda seguridad". (ITC 05.0.04, ap. 3).
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Implica que, cuando sobre el circuito de la mina actúan al menos dos ventiladores, uno puede servir de reserva del otro, siempre y cuando que cada uno sea capaz de mantener la ventilación de toda la mina al menos durante la evacuación del personal.
La alimentación con fuentes distintas de energía puede conseguirse mediante la instalación de doble línea eléctrica desde la subestación de la mina, acoplada cada línea al secundario de un transformador diferente. No obstante, otras soluciones son posibles y hasta mejores, como pudiera ser la de disponer de un motor de gasoil o un grupo electrógeno. Cada caso debe estudiarse según el riesgo de la mina.
La entrada en funcionamiento del ventilador de reserva, debe preverse claramente en la DIS que exige la ITC 04.7.03, en su apartado 1, especificando: -
Las puertas. compuertas o guillotinas sobre las que hay que actuar.
-
El tiempo máximo en el que esta operación debe ser realizada, desde el momento de actuación del "indicador de funcionamiento detectable en lugar en que haya personal" (ITC 05.0.04, ap. 2).
Si la mina tiene grisú, "los ventiladores principales se dispondrán de forma que, siempre que sea posible, queden protegidos en caso de explosión" (ITC 05.0.04, ap. 1).
4.1 Tipos de ventiladores En la actualidad se distinguen dos tipos de ventiladores: -
Ventiladores centrífugos: El aire entra por un oído central y es aspirado por centrifugación en una rueda de alabes, de donde es impulsado a un cuerpo en forma de caracol, llamado voluta, cuya sección va creciendo hasta alcanzar el orificio de salida en la zona llamada difusor.
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Figura 2 Ventilador centrífugo. AirEng -
Ventiladores axiales: Comprenden en un conducto cilíndrico, una hélice constituida por un cierto número de paletas fijadas a, sobre un cubo o haciendo cuerpo con él. El aire entra y sale paralelamente a la máquina, y su funcionamiento puede asimilarse al de una tuerca y tornillo. En la actualidad es el modelo más extendido.
Figura 3 Ventilador axial. ClarageTT
19
4.2 Curva característica Existe una relación entre el caudal que atraviesa un ventilador y la elevación de presión que genera entre su aspiración y su impulsión que se denomina curva característica del ventilador. Lo más importante de esta representación es la zona de trabajo estable y el punto de bombeo. Punto que representa un estado peligroso de superar ya que el ventilador entra en régimen inestable, produciendo fuertes vibraciones junto con la rotura del mismo.
Figura 4 Curva característica de un ventilador
Si representamos la curva de la ventilación de la mina junto con este gráfico, esta debe cortar en la zona de trabajo estable, incluyendo un margen hasta el alcance del punto de bombeo para evitar en todo lo posible roturas innecesarias por desajustes.
20
4.3 Acoplamiento de ventiladores En ocasiones los ventiladores no trabajan de forma aislada, sino que se acoplan entre si.
4.3.1 En serie sobre un mismo pozo o galería: El caudal de aire que pasa por ambos ventiladores debe ser igual y la depresión total es igual a la suma de las depresiones de cada uno de ellos por separado. La curva característica de ambos se construye sumando la de cada uno de ellos. El caudal total de dos ventiladores iguales girando a las mismas revoluciones siempre es mayor que el caudal de cada uno por separado, pero menor que la suma de los caudales de trabajo individual. Si las características de ambos ventiladores no son iguales, el trabajo en conjunto será ventajoso para una mina con gran resistencia, y todo lo contrario para una mina con resistencia pequeña.
4.3.2 En paralelo sobre un mismo pozo La instalación en paralelo de dos ventiladores ha ce que sus depresiones sean iguales y el caudal total, la suma de ambos caudales. En este caso y debido al aumento de las pérdidas de presión, la suma de los caudales es menor que la suma de los caudales individuales. Si los comparamos con una instalación en serie sobre un mismo pozo, la conexión en paralelo también puede tener efecto beneficioso para la instalación, pero también puede no serlo e incluso puede ser peligroso para la misma. Así pues, para minas de baja resistencia, tiene un efecto beneficioso y perjudicial para el caso contrario. Este tipo de conexión es el más frecuente, e incluso en periodos largos uno de ellos se mantiene como ventilador de reserva. Aunque no es necesario, conviene que ambos ventiladores sean idénticos.
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4.3.3 En paralelo sobre pozos diferentes El trabajo en paralelo de los ventiladores sobre pozos diferentes es muy frecuente en la práctica minera para el método diagonal de ventilación.
4.4 Inversión de la corriente En las minas de carbón y en labores con riesgo de explosión: "Los ventiladores deben disponerse de forma que pueda invertirse la ventilación. Esta inversión sólo podrá ser autorizada por la Dirección Facultativa de la Mina". "El sistema de inversión se revisará todos los años, comprobando su correcto funcionamiento" (ITC 05.0.04, ap. 5). La inversión de la ventilación debe aplicarse en caso de aparición de un fuego o incendio si este nace en el pozo de entrada de aires o en las galerías principales de entradas próximas. No debe invertirse la ventilación si el incendio nace en el pozo de salida del aire o se sitúa en cualquier otro lugar. El riesgo máximo ocasionado por un incendio tiene lugar, por lo tanto, cuando este nace en el pozo o en el plano inclinado de entrada de aire. Por esta razón, la ITC 04.6.03 especifica en su apartado 5. Revestimiento de pozos, planos, embarques y galerías principales de acceso, que las "nuevas construcciones" de estas labores "estarán revestidas con material incombustible". "Las labores de este tipo ya existentes, de no cumplir la condición del párrafo anterior, dispondrán: -
En el caso de pozos verticales, de una instalación de rociado de agua capaz de lanzar 50 l/min/m2 de sección de pozo.
-
En el resto, de red de agua con tomas cada 50 m. dotadas con lanzadores especiales, etc.
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Los pozos verticales, en general, están revestidos con obra de fábrica y guionaje de acero. Sin despreciar ningún riesgo -no hay que olvidar las cocheras, subestaciones, etc. El mayor riesgo se encuentra en los planos inclinados, muchas veces revestidos con madera y en ocasiones dotados con cintas transportadoras que llevan además carbón (al que se supone combustible). En el caso de planos equipados con cintas debe preverse las medidas de actuación en caso de incendio, adoptando además las precauciones del apartado 6 de la ITC 04.6.03 en cuanto a revestir con un material incombustible 10 m antes y después del tramo donde se sitúa la cabeza de la cinta, y la instalación de equipos de medida que detecten la presencia de CO.
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5 Ventilación secundaria Para todas las minas y labores subterráneas en las que "se requiera la aplicación de técnica minera o el uso de explosivos" (Art. 1º del R.G.N.B.S.M.), se exige que: -
"En las labores en fondo de saco, se establecerá una ventilación secundaria si las circunstancias lo exigiesen" (R.G.N.B.S.N, Art. 67).
-
En la I.T.C. 04.7.01, se detalla más esta exigencia diciendo: "En las labores en fondo de saco en actividad, de más de 15 metros en horizontal o de 5 metros en pendiente (de más de un 10% sin importar el sentido), se establecerá una circulación secundaria con conducción independiente. No obstante, la Autoridad Minera podrá establecer excepciones en el caso de grandes cámaras que ventilen por convección o de labores que puedan realizarlo por difusión. Para labores de este tipo con más de 300 metros en horizontal o de 50 metros en pendiente, se solicitará la autorización de la Autoridad Minera Competente".
Para las minas subterráneas de carbón y labores con riesgo de explosión, el R.G.N.B.S.M. dice: Art. 88. "La ventilación de las labores en fondo de saco se realizará según las Instrucciones Técnicas Complementarias correspondientes". La I.T.C. que desarrolla con amplitud esta exigencia es la 05.0.03, la cual se refiere exclusivamente a las minas con grisú u otros gases inflamables. En consecuencia, las Minas de Carbón de 1ª Categoría deben sujetarse, en lo que a este tema se refiere, a las prescripciones generales de "todas las minas y labores subterráneas". La ITC 05.0.03 especifica con detalle las exigencias para la ventilación secundaria de las minas con grisú. El índice de esta ITC es el siguiente: VENTILACIÓN Y DESAGUE MINAS CON GRISÚ U OTROS GASES INFLAMABLES VENTILACIÓN SECUNDARIA Instrucción ITC 05.0.03
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1. Prescripciones generales. 2. Prescripciones para la ventilación secundaria electrificada. 3. Situaciones en que es obligatorio parar la ventilación secundaria. 4. Actuaciones a seguir para el arranque en los casos de acumulaciones de grisú en fondos de saco. 5. Arranque de la ventilación secundaria en los casos de acumulaciones de grisú en fondos de saco. 6. Instalación y conservación de tuberías. 7. Situación de la base de la ventilación secundaria. 8. Casos especiales. 9. Restablecimiento de la ventilación secundaria después de los periodos de inactividad. 10. Paradas de la ventilación secundaria en los períodos de actividad. Reproduciendo el apartado 1, Prescripciones Generales, dice: 1. Prescripciones generales. En las labores en fondo de saco, además de las condiciones impuestas como reglas generales de ventilación, regirán las siguientes: Primera.-Es preceptivo el uso de medios de ventilación auxiliares para establecer una ventilación secundaria a partir de los 6 metros en las labores horizontales o descendentes y de los 4 metros en las labores ascendentes. Su instalación se hará de forma que se efectúe la toma de aire en los ventiladores impelentes o la expulsión en los ventiladores aspirantes de manera que se recoja o se vierta el aire en la corriente general o en la otra secundaria de magnitud suficiente para la evacuación normal de los gases. Segunda.-Si el avance de la galería se realiza con el empleo de explosivos, la ventilación en la inmediación del frente de la labor será siempre soplante y su caudal será superior a 0,1 m 3/s por cada metro cuadrado de sección de galería. Si el avance se realiza con máquinas de corte, la ventilación en el frente puede ser aspirante, pero su boca debe situarse a menos de 2 metros del mismo.
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Tercera.-En los tramos en los que se solapan las tuberías en los esquemas combinados, se mantendrá una circulación de aire mínima a lo largo de la galería del caudal superior a 0,1 m 3/s por cada metro cuadrado de sección de la galería. Cuarta.-Los nuevos ventiladores y las conducciones no metálicas serán de modelos homologados por la Dirección General de Minas. Quinta.-La Dirección Facultativa dictará disposiciones internas de seguridad en las que se contengan las condiciones generales de instalación, puesta en marcha, parada y retirada de estos equipos, que serán sometidas a la aprobación de la Autoridad Minera Competente. Las exigencias relativas a la ventilación secundaria de las labores, se completan con las que se incluyen en la ITC 05.0.01, que son: · - Ventilación de pozos y chimeneas. "La ventilación de pozos y chimeneas se realizará según normas dictadas por la Dirección Facultativa. Estas labores tendrán siempre sección suficiente para que puedan compartimentarse o instalar en ellas las tuberías necesarias. No se permitirá calar un trabajo en chimenea, coladero o simplemente en pendiente o a otra labor, sin antes desocuparlas de grisú". - Ventilación de labores de arranque. "La ventilación de labores de arranque realizadas desde subniveles, sobreguías y otros emplazamientos en fondo de saco, será objeto de permiso especial de la Autoridad Minera Competente, la cual fijará las condiciones de instalación y control de esta ventilación".
5.1 Esquema de ventilación Se utilizan tres tipos de instalación de ventiladores y tuberías: -
Soplante
-
Aspirante
-
Mixta
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En el siguiente cuadro se aprecia un criterio de selección de cada una de ellas: Tabla 2 Criterio de selección de ventilación secundaria
Objetivos Facilidad instalación
Soplante de Instalación más sencilla. Permite el empleo de tuberías de lona, sin armadura, e fácil manejo. Es la más económica. Temperatura en El aire se conduce muy rápido y llega el frente al frente más frío. Polvo, gases en el Todo el aire de la instalación se frente y nieblas dirige al frente, creando en él buenas condiciones si la tubería está bien instalada.
Gases voladura
de Deben retornar por la galería, ocasionando problemas al personal sobre todo si el fondo de saco es largo, pero se evita realzando una buena instalación.
Mixta Es de instalación más compleja. Requiere tuberías rígidas, o si son de lona, que esté armada con espiral de acero. Más costosa. El aire entra muy lentamente y se calienta antes de llegar al frente. En general, la instalación soplante del frente solo mueve una fracción del aire. Si la instalación de tuberías no es buena, su corta longitud garantiza siempre el movimiento de aire en el corte. Los gases retornan por la tubería (salvo la parte que pueda recircular) evitando que el personal tenga que respirarlos sobre todo si el fondo de saco es largo y la instalación no es buena.
Aspirante Cuando se avanza la galería con explosivos, suele utilizarse uno de los otros dos esquemas, para que el aire llegue bien al frente. Si la labor es grisuosa, ello es, además obligado (ITC 05.0.03 ap.2) El esquema aspirante, se reduce casi exclusivamente al avance con minadores y máquinas de corte, para evacuar más rápidamente el polvo. Por estas razones no se tiene en consideración este sistema.
27
5.2 Recomendaciones para la ventilación secundaria Existen 3 reglas de oro de la ventilación secundaria:
-
Evitar las fugas en las tuberías. Para ello: o
Utilizar juntas diseñadas para minimizar las fugas. Ello ha de hacerse compatible con la duración de la instalación, la longitud del fondo de saco y los cambios de dirección. Las juntas más estancas son las de brida y junta de goma.
o
Utilizar tuberías resistentes a los golpes y desgarros cuando, por la escasez de sección, puedan ser alcanzadas por el material del transporte.
-
o
Evitar y corregir los desacoplamientos.
o
Realizar una buena instalación y conservación. Evitar las "chapuzas".
La mejor instalación de la de uno o varios ventiladores pero en la cola de la tubería. o
Cuando se escalonan los ventiladores, se producen fugas hacia afuera y hacia adentro de la tubería, que originan recirculaciones del aire, de forma que el tiempo de limpieza del fondo de saco aumenta mucho.
o
Con uno o varios ventiladores en cola no puede haber recirculación del aire.
o
Esta segunda regla sólo puede aplicarse de manera efectiva cuando se cumpla también la primera.
o
En minas con grisú u otros gases inflamables esta instalación debe ser la "normal", cuando se utilizan electroventiladores, pues: "En
las
instalaciones
de
ventilación
secundaria,
tanto
los
electroventiladores como sus cofres y cables de alimentación se instalarán, normalmente, fuera del fondo de saco y en emplazamientos bañados por las corriente de ventilación principal". (ITC 05.0.03). -
Antes de iniciarse el avance del fondo de saco, debe calcularse la instalación de ventilación secundaria.
28
6 Metodología para la medida de aforos de ventilación En este capítulo se describe la metodología para llevar a cabo la toma de datos de campo para la determinación de los parámetros necesarios para la caracterización de los circuitos de ventilación.
6.1 Campaña de mediciones: parámetros a medir La toma de datos se realizará en cada una de las estaciones de medida que se determinen a partir del plano general de la mina y esquema de ventilación actualizados, esta documentación debe ser aportada por el servicio topográfico de la instalación. Los parámetros a medir en cada estación serán los siguientes:
6.1.1 Levantamiento depresiométrico Se denomina levantamiento depresiométrico a la determinación de las presiones de un circuito de ventilación. En general, se medirá la presión en cada estación de medida por el método barométrico, para el análisis de las principales ramas del circuito principal de ventilación de la mina. Si es necesario, en lugares singulares de la mina se utilizará el método de medida con tubos de pitot.
6.1.2 Medida de secciones El servicio topográfico de la mina debería calcular la sección útil de la galería en los puntos de medición seleccionados, no obstante el equipo de trabajo encargado de la medida de aforos debería realizar una medida aproximada de todas las secciones.
Las coordenadas y cota de todas las estaciones de medida deben ser aportadas por el servicio topográfico de la mina.
29
6.1.3 Medida de velocidades y caudales de la corriente de aire Se medirá con anemómetro la velocidad de la corriente de ventilación que circula por cada una de las galerías donde están ubicadas las estaciones de medida. El caudal que circula por cada estación de medida se calcula a partir de la sección útil de la galería en la estación de medida y la velocidad media en ella.
6.1.4 Medida de temperaturas. Se medirán las temperaturas seca y húmeda en cada estación de medida con el psicrómetro.
6.2 Desarrollo El desarrollo de la campaña de mediciones se debería llevar a cabo con los aparatos suministrados por la explotación, pero es posible que el personal especializado en la medida de aforos utilice sus aparatos por fiabilidad o por diferencia de tecnología.
6.2.1 Equipos y herramientas de trabajo -
1 Flexómetro de 10 m de longitud o aparato óptico de medida.
-
1 Anemómetro con sonda para medir valores entre 0,2 y 20 m/s.
-
1 Alargador telescópico para sonda anemométrica.
-
2 Trípode multifunción para sonda anemométrica y/o tubos de pitot.
-
2 Estaciones meteorológicas (altímetro + barómetro) (no ATEX)
-
1 Psicrómetro de carraca
-
1 Psicrómetro electrónico (no ATEX)
-
1 Manómetro diferencial con valores superiores a 350 mbar.
-
1 Manómetro digital (no ATEX)
-
2 Tubos de pitot.
-
Conexiones para los tubos de pitot, mínimo 100 m.
-
Tubos fumígenos.
-
Medidor multigás (metano, oxígeno y monóxido de carbono).
30
-
Equipos de protección individual de las personas que realicen los trabajos (Mascarilla, guantes, casco, protector auditivo, autorrescatador, gafas, etc.).
-
Mochilas para transporte equipos.
6.2.2 Metodología de los trabajos Se realizará una planificación y programación de los trabajos propios de la campaña de mediciones que deberá tener el visto bueno previo de la autoridad minera, para ajustar los recorridos del levantamiento depresiométrico a la realidad actual de mina, buscando causar las mínimas interacciones con el sistema productivo. Una vez identificada y señalizada la estación se medirá, la presión por el método barométrico o mediante tubo pitot, la velocidad media e instantánea de la corriente de ventilación con anemómetro, la temperatura seca y húmeda con psicrómetro, contenido de oxígeno, metano y monóxido de carbono mediante detector multigás. También se realizará una medida aproximada de la sección útil de la galería.
6.3 AFORO DE GALERÍAS
6.3.1 Instrumentación necesaria -
Anemómetro con sonda para medir valores entre 0,2 y 20 m/s.
-
Psicrómetro de carraca.
-
Psicrómetro electrónico (no ATEX).
-
2 Estaciones meteorológicas (altímetro + barómetro) idénticas (no ATEX).
-
Flexómetro de 10 m de longitud o aparato óptico de medida.
-
Alargador telescópico para sonda anemométrica.
-
Medidor multigás (metano, oxígeno y monóxido de carbono).
31
6.3.2 Procedimiento de medición: Previo a la entrada en el interior de la mina, se realizarán las siguientes acciones: -
Comprobar la paridad de valores de las estaciones meteorológicas.
-
Iniciar grabación de datos de ambas estaciones.
-
Situar la estación 1 en el exterior.
En todas las estaciones de medida seleccionadas se realizará lo siguiente: -
Anotar fecha y hora
-
Identificar aproximadamente en el plano general y señalizar con pintura indeleble.
-
Solicitar a departamento de topografía de mina las coordenadas y cota de los puntos señalizados.
-
Medir aproximadamente la sección útil de la galería.
-
Base y altura máxima.
-
Representación aproximada del perfil y coeficiente de forma k.
NOTA:
=××
Figura 5 Criterio de selección del parámetro k
-
Anotar contenido en metano, oxígeno y monóxido de carbono.
32
Figura 6 Orden de medida con anemómetro
-
Medir la velocidad de la corriente de aire en los puntos fijados en la sección de la galería, identificando el sentido de la corriente.
o
Punto 1: Arriba izquierda.
o
Punto 2: Centro izquierda.
o
Punto 3: Abajo izquierda.
o
Punto 4: Abajo central.
o
Punto 5: Centro.
o
Punto 6: Arriba central.
o
Punto 7: Arriba derecha.
o
Punto 8: Centro derecha.
o
Punto 9: Abajo derecha.
NOTA:
-
-
= ∑9
Medir con el psicrómetro la temperatura seca y húmeda. o
Comprobar que la muselina esté húmeda.
o
Mover la carraca durante al menos 2 minutos.
o
Anotar los valores.
Anotar valor de presión.
33
-
Anotar la existencia o ausencia de acumulaciones de vapor de agua en la corriente de ventilación.
-
Anotar, si procede en el apartado de observaciones, las perturbaciones apreciables del flujo de la corriente de ventilación, fugas en puertas y esclusas de regulación.
-
Anotar, en el apartado de observaciones, los equipos, instalaciones y obstáculos que hay montados entre este punto y el anterior.
6.4 Medida en esclusas y puertas 6.4.1 Instrumentación necesaria -
2 Tubos de pitot.
-
Manómetro diferencial.
-
Manómetro digital (no ATEX).
-
Tubo PVC conexión pitot-manómetro.
-
Alargador telescópico para sonda anemométrica.
-
2 Trípodes.
-
Anemómetro con sonda para medir valores entre 0,2 y 20 m/s.
-
Flexómetro de 10 m de longitud o aparato óptico de medida.
6.4.2 Procedimiento de medición Una vez localizada la sección donde se va a medir: -
Anotar fecha y hora.
-
Identificar y situar aproximadamente en el plano general la puerta o esclusa y señalizar con pintura indeleble los puntos donde se van a colocar los tubos de pitot.
-
Solicitar al departamento de topografía de mina las coordenadas y cota del lugar donde está colocada la puerta.
34
-
Medir aproximadamente las dimensiones de la sección donde está construida la esclusa o puerta así como las dimensiones de la misma.
-
Colocar los tubos de pitot a ambos lados de la puerta, centrados en la galería, a 1,5 m del suelo, en horizontal y a una distancia igual o superior a 10 m de la puerta.
-
Conectar los tubos de pitot al manómetro diferencial.
-
Anotar la caída de presión.
-
Medir, con el anemómetro, la velocidad de la corriente de aire en los dos puntos donde se colocaron los tubos de pitot.
6.5 Hoja de datos tipo
Mina:
Fecha:
Barómetro Exterior:
/
/
Barómetro Mina:
Operarios:
Nº estaci ón:
Ubicación:
Cota:
:
Hora:
Sección:
Anemómetro:
Base:
Altura:
Punto 1:
Punto 6:
Punto 2:
Punto 7:
Punto 3:
Punto 8:
Punto 4:
Punto 9:
Punto 5:
Punto 10:
Sentido:
Temperatura Seca: Temperatura Húmeda: Contenido en metano: ¿Existe niebla/agua en suspensión
Humedad relativa:
Presión Exterior: Presión Interior: Contenido en oxígeno:
⃝
Si
Observaciones:
Figura 7 Hoja de datos tipo
⃝
No
35
7
Optimización de red de ventilación. Caso práctico. Para la optimización de la red usaremos el software VnetPc Pro+ de Mine
Ventilation Service. Se ha desarrollado la optimización de un circuito de ventilación en una mina tipo. El problema objeto de estudio se trata de una mina de carbón de la que se conocen los siguientes datos: -
La mina está estructurada en tres niveles: o
Nivel 1: Antigua capa explotada y que en la actualidad se mantiene con diferentes talleres.
o
Nivel 2: Nivel prácticamente agotado.
o
Nivel 3: Nivel en explotación en la actualidad.
Ventilador
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
Figura 8 Vista de explotación a optimizar en la actualidad
-
Los accesos a la explotación son mediante una rampa en la que hay alojada la cinta transportadora que saca el material y un pozo vertical dotado de jaula a 750 m aproximadamente de la entrada.
36
-
Los datos de las distintas ramas son:
o
Salida de cinta transportadora: A 10 m sobre el nivel de entrada de personal, de sección circular de 2 m de diámetro, longitud 54 m (40 m en horizontal y 14 m hasta la coincidencia coincidenci a en rampa con el acceso de personal)
y
resistencia media de 0,080 Ns 2/m8. o
Entrada de personal: Galería abovedada de 4 m de ancho, sección media 8,56 m2 y perímetro medio 11,77 m. Posee una puerta lo que nos da una resistencia estimada de 25 Ns 2/m8.
o
Rampa: Abovedada de 5,5 m de ancho, de sección media 15,35 m 2 y la media de medidas perimetrales de 15,95 m. Aunque lleva un revestimiento de hormigón la disposición de la cinta transportadora nos da una resistencia media de 0,095 Ns 2/m8.
o
Jaula: Pozo vertical rectangular que accede a todos los niveles. Este está revestido de hormigón. Sus medidas son 5 m de largo y 4 m de ancho. La resistencia que ofrece es de 0,065 Ns 2/m8.
o
Galerías de acceso a labores y talleres: Son abovedadas de 4 m de ancho, sección media 8,56 m 2 y perímetro medio 11,77 m. La resistencia media es de 0,082 Ns 2/m8.
o
Pozos de ventilación ventilación N1-N3-Exterior: Sin ventilador. ventilador. Sección circular circular de 2 m de diámetro, revestimiento de hormigón y resistencia 0,065 Ns 2/m8.
o
Pozo principal de ventilación: Ventilador principal de 2 kPa y otro de reserva de 4 kPa. Sección circular de 3 m de diámetro, revestimiento de hormigón y resistencia media de 0,065 Ns 2/m8. Tiene un acceso de sección idéntica y puerta con resistencia estimada de 25 Ns 2/m8.
-
Datos de ventiladores: Tabla 3 Datos proporcionados de los ventiladores por la explotación Presión
Caudal
Potencia
Coste
Principal
2 kPa
115 m 3/s
230 kW
123222 €/año
Reserva
4 kPa
160 m 3/s
650 kW
3348502 €/año
37
El proceso de optimización viene motivado porque se desea ampliar un cuarto nivel que cumpla con las siguientes condiciones: condiciones: o
Con el fin de poder evitar acumulaciones de gases, polvo y humos, se desea obtener un caudal mínimo de 9 m 3/s en el nuevo nivel respetando los caudales necesarios en las distintas ramas.
o
Velocidad máxima de aire de 4 m/s en todas las galerías de uso normal de personal.
Figura 9 Vista de la explotación con el futuro nivel 4
-
Las posibles actuaciones que se presentan son: o
Uso de ventilador de 2 kPa e intentar redirigir el flujo del aire mediante puertas y/o telones telones de ventilación.
o
Uso de ventilador de 2 kPa, añadir un ventilador secundario de 0,06 kPa clausurando determinadas ramas en desuso de:
Nivel 2
Nivel 3
Niveles 2 y 3.
38
o
Uso de ventilador de 4 kPa e intentar redirigir el flujo del aire mediante puertas y/o telones telones de ventilación.
Figura 10 Ramas de la explotación numeradas numeradas
Con los datos suministrados se pueden realizar una serie de simulaciones previas que faciliten la comprensión de los resultados y actuaciones para las sucesivas aproximaciones, aproximaciones, que han sido: -
Simulación de ventilación natural sin nuevo nivel 4.
-
Simulación de ventilación natural con nuevo nivel 4.
-
Simulación con ventilador principal de 2 kPa sin nuevo nivel 4.
-
Simulación con ventilador principal de 2 kPa con nuevo nivel 4.
39
7.1 Simulación de ventilación natural sin nuevo nivel 4 Con los datos proporcionados por la explotación, se crean una serie de nodos y ramas componiendo el circuito. Así mismo a cada rama se le asigna su resistencia con los siguientes resultados. En este caso el ventilador principal permanece apagado y el nuevo nivel proyectado queda desactivado de la simulación.
Figura 11 Representación gráfica velocidad aire – Caso previo 1
Figura 12 Representación gráfica caudal aire – Caso previo 1
40
La visualización gráfica que ofrece el software es muy útil para comprobar los valores de los parámetros simulados, pero para poder comprender mejor el modelo es importante conocer los sentidos que toma la ventilación. Para ello, el software tiene la visualización esquemática.
Figura 13 Representación esquemática velocidad de aire – Caso previo 1
Figura 14 Representación esquemática caudal de aire – Caso previo 1
41
7.2 Simulación de ventilación natural con nuevo nivel 4. Se realiza de nuevo la simulación incluyendo el nuevo nivel:
Figura 15 Representación gráfica velocidad de aire – Caso previo 2
Figura 16 Representación gráfica caudal de aire – Caso previo 2
42
Figura 17 Representación esquemática velocidad de aire – Caso previo 2
Figura 18 Representación esquemática caudal de aire – Caso previo 2
43
7.3 Simulación con ventilador principal de 2 kPa sin nuevo nivel 4 En este caso, se procede a simular la situación actual de la explotación, es decir, funcionando con el ventilador principal y sin la adición del nuevo nivel proyectado.
Figura 19 Representación gráfica velocidad de aire – Caso previo 3
Figura 20 Representación gráfica caudal aire – Caso previo 3
44
Figura 21 Representación esquemática velocidad de aire – Caso previo 3
Figura 22 Representación esquemática caudal de aire – Caso previo 3
45
7.4 Simulación con ventilador principal de 2 kPa con nuevo nivel 4 Se añade al caso anterior el nuevo nivel proyectado 4 para comprobar la necesidad de modificaciones en el circuito de ventilación para satisfacer las condiciones necesarias.
Figura 23 Representación gráfica velocidad de aire – Caso previo 4
Figura 24 Representación gráfica caudal aire – Caso previo 4
46
Figura 25 Representación esquemática velocidad de aire – Caso previo 4
Figura 26 Representación esquemática caudal de aire – Caso previo 4
47
7.5 Comentarios a la simulación de la situación actual de la explotación Tras realizar las simulaciones pertinentes, con el estudio de los datos ofrecidos por VnetPC Pro+, se comprueba la imposibilidad de abastecer de aire a la explotación de una forma no forzada, es decir, mediante ventilación natural. Así mismo, observando los resultados numéricos de las simulaciones se puede apreciar un número elevado de valores negativos. Esto es debido a la imposición de sentido previo a la simulación: a la hora de simular una galería se debe indicar el nodo de inicio y el nodo final, por lo que el software usa ese sentido como sentido previo. Una vez simulado el sistema, si el valor del parámetro es negativo indica que el sentido previo era erróneo. Se comprueba que el ventilador principal situado en la galería 39, es capaz por si solo de abastecer al circuito en la actualidad, cumpliendo con los valores máximos y mínimos tanto de caudal como de velocidad. Una vez se añade a la simulación el nuevo nivel 4, el circuito cambia de tal forma que el ventilador es capaz de abastecer de aire al mismo, pero de forma insuficiente para las nuevas condiciones necesarias.
48
8 Simulación de alternativas propuestas 8.1 Ventilador principal 2 kPa y regulaciones. Se han introducido en el modelo diferentes opciones de modificación de la red de ventilación de mina, en base a incorporar telones de ventilación y puertas en las diferentes ramas del circuito. Después de probar todas las combinaciones posibles, el caudal se hace máximo en el nivel 4 cuando se añaden telones de ventilación en las ramas indicadas.
Figura 27 Actuaciones sobre el circuito de ventilación – Alternativa 1
Para modelizar la inclusión de telones de ventilación, es necesario cambiar el valor de la resistencia en la rama donde vayan a ir alojados.
49
En este caso, en cualquiera de ellas, el valor era de 0,082 Ns 2/m8 y pasan a valer 1,500 Ns2/m8.
Figura 28 Representación gráfica velocidad de aire – Alternativa 1
Figura 29 Representación gráfica caudal aire – Alternativa 1
50
Figura 30 Representación esquemática velocidad de aire – Alternativa 1
Figura 31 Representación esquemática caudal de aire – Alternativa 1
51
8.2 Ventilador principal 4 kPa y regulaciones En esta simulación, tratamos de alimentar el circuito de ventilación con el ventilador de reserva. Al ofrecer mayor caudal, es posible que mediante regulaciones no sea necesario el uso de un ventilador secundario. Después de probar todas las combinaciones posibles se llega a la conclusión que el caudal en el nivel 4 se hace máximo cuando se sitúan cortinas de regulación en los sitios indicados.
Figura 32 Actuaciones sobre el circuito de ventilación – Alternativa 2
52
Figura 33 Representación gráfica velocidad de aire – Alternativa 2
Figura 34 Representación gráfica caudal aire – Alternativa 2
53
Figura 35 Representación esquemática velocidad de aire – Alternativa 2
Figura 36 Representación esquemática caudal de aire – Alternativa 2
54
8.3 Ventilador principal 2 kPa, ventilador secundario 0,06 kPa clausurando ramas nivel 2. El nivel 2 está prácticamente en desuso por lo que se podrían clausurar unas ramas del mismo afectando positivamente al circuito de ventilación. Además se podría sumar un ventilador secundario al circuito para ayudar a ventilar el nuevo nivel.
Figura 37 Actuaciones sobre el circuito de ventilación – Alternativa 3
55
La adición de este nuevo ventilador, genera un aumento positivo en la zona en la que el caudal era insuficiente en el caso anterior.
Figura 38 Representación gráfica velocidad de aire – Alternativa 3
Figura 39 Representación gráfica caudal aire – Alternativa 3
56
Figura 40 Representación esquemática velocidad de aire – Alternativa 3
Figura 41 Representación esquemática caudal de aire – Alternativa 3
57
8.4 Ventilador principal 2 kPa, ventilador secundario 0,6 kPa clausurando ramas nivel 3. Igual que en el caso anterior, se procede a simular el sistema pero en este caso solo se pueden cegar las 2 galerías que aquí se indican. De igual forma, se coloca un ventilador secundario en la zona de la galería del nivel 4 donde se percibe que tiene más necesidades de caudal.
Figura 42 Actuaciones sobre el circuito de ventilación – Alternativa 4
58
Figura 43 Representación gráfica velocidad de aire – Alternativa 4
Figura 44 Representación gráfica caudal aire – Alternativa 4
59
Figura 45 Representación esquemática velocidad de aire – Alternativa 4
Figura 46 Representación esquemática caudal de aire – Alternativa 4
60
8.5 Ventilador principal 2 kPa, ventilador secundario 0,6 kPa clausurando ramas nivel 2-3. Esta nueva simulación trata de unir las dos soluciones satisfactorias positivas para ver su efecto sobre el sistema. De nuevo, en el nivel 3 solo se pueden cegar 2 galerías específicas y en el nivel 2 se pueden cegar aquellas que no perjudiquen la correcta circulación del aire.
Figura 47 Actuaciones sobre el circuito de ventilación – Alternativa 5
61
Figura 48 Representación gráfica velocidad de aire – Alternativa Alternativa 5
Figura 49 Representación gráfica caudal aire – Alternativa Alternativa 5
62
Figura 50 Representación esquemática velocidad de aire – Alternativa Alternativa 5
Figura 51 Representación esquemática caudal de aire – Alternativa Alternativa 5
63
9 Conclusiones Cuando se usa el ventilador de 2 kPa, al aumentar la resistencia en algunas ramas mediante telones de ventilación, se consigue aumentar en gran medida el caudal necesario para el nuevo nivel. Aun así, las condiciones necesarias para la correcta eliminación de los potenciales gases existentes en el nivel 4 solo se cumplen en una parte de la galería y por lo tanto, esta solución no debe tomarse en cuenta. Si en vez de usar el ventilador de 2 kPa, se usa el de 4 kPa, el caudal que se consigue en el nivel 4 es aceptable aceptable pero no cumple con con las condiciones impuestas impuestas y por lo tanto no debería tomarse como una posible solución válida. El uso de un ventilador secundario junto con este ventilador sería aumentar los costes de forma innecesaria ya que se observa que con un ventilador menor se cumplen las condiciones.
Para todos los casos en los que se instala un ventilador secundario y se clausuran ciertas galerías en desuso, se comprueba que se cumplen todas las condiciones tanto de velocidad como de caudal impuestas. Por lo tanto, los tres métodos son perfectamente válidos por lo que se debe recurrir a cuantificar los aspectos económicos para descubrir cuál de ellos es más eficiente.
64
10 Bibliografía -
Andrade Gallardo Sergio “Guía metodológica de seguridad para ventilación de minas”
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Camilo Córdoba C., Martín Molina J. ”Caracterización de sistemas de ventilación en
-
minería subterránea ”
Carrasco Galán J. ”Manual de ventilación de minas y obras
subterráneas ”
AITEMIN (2011) -
Kerguelen Bendeck J.L., González Martínez V.A., Jiménez Builes J.A. “Cálculo
de parámetros determinantes en la preparación de un circuito de
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Real Decreto 863/1985, de 2 de abril, por el que se aprueba el Reglamento General de Normas Básicas de Seguridad Minera, Boletín oficial del Estado ,
http://www.boe.es/buscar/doc.php?id=BOE-A-1985-10836 -
Instrucciones técnicas complementarias del Reglamento General de Normas Básicas de Seguridad Minera,
http://www.minetur.gob.es/energia/mineria/Mineria/Legislacion/Paginas/Legislacio n.aspx Legislación en materia de minería del Gobierno de España
65
66
Optimización y modelización del circuito de ventilación de una mina subterránea
Documento 2: Estudio económico
67
Dado que las condiciones para la generación del modelo que optimiza el circuito de ventilación venían impuestas por la propia explotación, el estudio económico abarca las labores necesarias para la puesta en marcha de cada alternativa. Cabe señalar que dichas labores serían llevadas a cabo por la propia explotación y por lo tanto, la inversión de cada labor conlleva un coste asociado dependiente de la explotación.
Coste unitario de cada labor: Los costes de instalación se calculan en función del número de operarios necesarios y el total de horas para dicha labor por cada operario. El coste por hora de operario de instalación en cualquier caso se estima en 20 €/h.
Quedaría por añadir el consumo de cada ventilador, por ser dependiente de cada una de las alternativas.
-
-
-
Ventilador secundario: o
Precio: 8000 €
o
Coste de mantenimiento anual: 5 00 €
o
Coste de instalación: 4 operarios, 12 horas
960 €
Telón de ventilación: o
Precio: 6000 €
o
Coste de mantenimiento anual: 1000 €
o
Coste de instalación: 4 operarios, 6 horas
480 €
Tabique estanco: o
Precio: 15000 €
o
Coste de mantenimiento anual: Incluido en mantenimiento general de mina
o
Coste de instalación: 6 operarios, 8 horas
960
€
68
Alternativas para posible optimización: 1. Ventilador principal 2kPa + regulaciones Necesita la instalación de 9 telones de ventilación. 2. Ventilador principal 4kPa + regulaciones Necesita la instalación de 5 telones de ventilación. 3. Ventilador principal 2kPa + ventilador secundario 0,06 kPa + regulaciones en galerías solo del nivel 2. Necesita la instalación de 7 tabiques estancos y ventilador secundario. 4. Ventilador principal 2kPa + ventilador secundario 0,06 kPa + regulaciones en galerías solo del nivel 3. Necesita la instalación de 4 tabiques estancos y ventilador secundario. 5. Ventilador principal 2kPa + ventilador secundario 0,06 kPa + regulaciones en galerías de nivel 2 y nivel 3. Necesita la instalación de 11 tabiques estancos y ventilador secundario. Tabla 4 Costes de instalación, mantenimiento y funcionamiento
Alternativa
1
2
3
4
5
Criterio V
Si
Si
Si
Si
Si
Criterio Q
No
No
Si
Si
Si
kW/h Ventilador 1
227,20
644,24
230,16
230,18
230,16
Consumo anual V1
122478 €
347295 €
124074 €
124085 €
124074 €
kW/h Ventilador 2
-
-
0,95
0,95
0,95
Consumo anual V2
-
-
514 €
513 €
514 €
9 x 6000 €
5 x 6000 €
7 x 15000 €
4 x 15000 €
11 x 15000 €
+ 8000 €
+ 8000 €
+ 8000 €
54000 €
30000 €
113000 €
68000 €
173000 €
9 x 480 €
5 x 480 €
7 x 960 €
4 x 960 €
11 x 960 €
+ 960 €
+ 960 €
+ 960 €
4320 €
2400€
7680 €
4800€
11520 €
9 x 1000 €
5 x 1000 €
500 €
500 €
500 €
9000 €
5000 €
500 €
500 €
500 €
No cumple
No cumple
24576 8 €
197898 €
309608 €
Inversión Coste alternativa
de Instalación
Mantenimiento TOTAL:
69
De esta tabla se deduce que la solución óptima atendiendo al criterio económico sería la opción 4, en la que la explotación utiliza el ventilador principal de 2 kPa junto con el ventilador secundario de 0,06 kPa, añadiendo solo 4 tabiques estancos para clausurar definitivamente las 2 galerías en desuso del nivel 3.
70
Optimización y modelización del circuito de ventilación de una mina subterránea
Documento 3: Anexos
71
Anexo 1 Tablas de resultados Casos previos
72
Simulación de ventilación natural sin nuevo nivel 4 – Caso previo 1 Rama 1 2 3 4 5 7 8 9 10 12 13 15 16 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 39 40 41 42 43 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Nodo 1 1 2 3 4 5 7 7 9 10 5 13 16 13 13 17 18 14 13 20 19 21 22 21 23 24 24 23 25 26 26 25 19 28 10 29 30 31 32 19 34 32 15 31 27 33 35 6 36 30
Nodo 2 2 4 4 5 6 8 9 10 11 13 15 14 14 17 18 14 9 19 14 21 22 20 23 24 22 18 25 26 24 7 17 27 20 12 30 31 32 33 34 20 34 31 16 35 35 28 36 7 36
Caudal
Resistencia
Caudal
Velocidad
Forzado
(Ns2/m8) 0.08000 0.08000 25,00000 0.09500 0.08200 0.06500 0.08200 0.06500 25,00000 0.09500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.09500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.09500 0.08200 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200
(m3/s) -0.28 -0.28 0.00 -0.28 0.28 -0.04 0.31 -0.05 -0.11 -0.56 -0.30 0.30 -0.61 -0.11 -0.23 -0.18 -0.37 0.46 0.13 -0.15 -0.17 -0.22 0.03 0.07 -0.05 0.05 -0.04 0.08 -0.07 0.15 -0.12 0.00 0.00 0.05 0.18 0.34 -0.26 0.00 0.61 0.35 -0.26 -0.30 0.30 0.00 0.00 0.00 0.28 0.12 -0.16
(m/s) -0.09 -0.09 0.00 -0.02 0.03 -0.01 0.04 -0.01 -0.02 -0.04 -0.04 0.04 -0.04 -0.01 -0.03 -0.02 -0.05 0.03 0.02 -0.02 -0.02 -0.03 0.00 0.01 -0.01 0.01 -0.00 0.01 -0.01 0.05 -0.01 0.00 0.00 0.01 0.01 0.02 -0.01 0.00 0.07 0.04 -0.03 -0.04 0.04 0.00 0.00 0.00 0.03 0.01 -0.02
73
Simulación de ventilación natural con nuevo nivel 4 – Caso previo 2 Rama 1 2 3 4 5 7 8 9 10 12 13 15 16 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 39 40 41 42 43 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Nodo 1 1 2 3 4 5 7 7 9 10 5 13 16 13 13 17 18 14 13 20 19 21 22 21 23 24 24 23 25 26 26 25 19 28 10 29 30 31 32 19 34 32 15 31 27 33 35 6 36 30
Nodo 2 2 4 4 5 6 8 9 10 11 13 15 14 14 17 18 14 9 19 14 21 22 20 23 24 22 18 25 26 24 7 17 27 20 12 30 31 32 33 34 20 34 31 16 35 35 28 36 7 36
Caudal
Resistencia
Caudal
Velocidad
Forzado
(Ns2/m8) 0.08000 0.08000 25,00000 0.09500 0.08200 0.06500 0.08200 0.06500 25,00000 0.09500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.09500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.09500 0.08200 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200
(m3/s) -0.15 -0.15 -0.14 -0.29 0.15 -0.09 0.20 -0.08 -0.06 -0.44 -0.16 0.26 -0.44 -0.13 -0.20 -0.13 -0.27 0.30 0.03 -0.12 -0.13 -0.17 0.01 0.04 -0.04 0.07 -0.03 0.04 -0.01 0.05 -0.07 0.18 -0.06 -0.02 0.12 0.21 -0.22 -0.24 0.23 0.26 0.02 -0.16 0.26 0.18 -0.24 -0.06 0.15 0.06 -0.09
(m/s) -0.05 -0.05 -0.02 -0.02 0.02 -0.03 0.02 -0.01 -0.01 -0.03 -0.02 0.03 -0.03 -0.02 -0.02 -0.02 -0.04 0.02 0.00 -0.01 -0.02 -0.02 0.00 0.00 -0.00 0.01 -0.00 0.00 -0.00 0.02 -0.01 0.01 -0.01 -0.00 0.01 0.01 -0.01 -0.01 0.03 0.03 0.00 -0.02 0.03 0.02 -0.03 -0.01 0.02 0.01 -0.01
74
Simulación con ventilador 2 kPa sin nuevo nivel 4 – Caso previo 3 Rama 1 2 3 4 5 7 8 9 10 12 13 15 16 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 39 40 41 42 43 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Nodo 1 1 2 3 4 5 7 7 9 10 5 13 16 13 13 17 18 14 13 20 19 21 22 21 23 24 24 23 25 26 26 25 19 28 10 29 30 31 32 19 34 32 15 31 27 33 35 6 36 30
Nodo 2 2 4 4 5 6 8 9 10 11 13 15 14 14 17 18 14 9 19 14 21 22 20 23 24 22 18 25 26 24 7 17 27 20 12 30 31 32 33 34 20 34 31 16 35 35 28 36 7 36
Caudal
Resistencia
Caudal
Velocidad
Forzado
(Ns2/m8) 0.08000 0.08000 25,00000 0.09500 0.08200 0.06500 0.08200 0.06500 25,00000 0.09500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.09500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.09500 0.08200 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200
(m3/s) 20.65 20.65 1.65 22.31 3.33 -46.70 52.89 108.51 -6.74 18.97 -5.89 12.59 15.55 5.04 6.78 13.18 55.62 4.28 14.30 3.35 3.70 6.26 -0.35 2.69 2.56 6.40 -3.04 -4.78 6.27 -11.05 1.74 0.00 0.00 115.26 39.51 25.59 7.11 0.00 0.93 8.04 7.11 -5.89 12.59 0.00 0.00 0.00 3.33 17.25 13.92
(m/s) 6.57 6.57 0.19 1.45 0.39 -14.87 6.18 15.35 -0.95 1.24 -0.69 1.47 1.01 0.59 0.79 1.54 7.87 0.28 2.02 0.39 0.43 0.73 -0.04 0.31 0.30 0.75 -0.36 -0.56 0.73 -3.52 0.20 0.00 0.00 16.31 1.98 1.28 0.36 0.00 0.11 0.94 0.83 -0.69 1.47 0.00 0.00 0.00 0.39 2.02 1.63
F
75
Simulación con ventilador 2 kPa con nuevo nivel 4 – Caso previo 4 Rama 1 2 3 4 5 7 8 9 10 12 13 15 16 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 39 40 41 42 43 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Nodo 1 1 2 3 4 5 7 7 9 10 5 13 16 13 13 17 18 14 13 20 19 21 22 21 23 24 24 23 25 26 26 25 19 28 10 29 30 31 32 19 34 32 15 31 27 33 35 6 36 30
Nodo 2 2 4 4 5 6 8 9 10 11 13 15 14 14 17 18 14 9 19 14 21 22 20 23 24 22 18 25 26 24 7 17 27 20 12 30 31 32 33 34 20 34 31 16 35 35 28 36 7 36
Caudal
Resistencia
Caudal
Velocidad
Forzado
(Ns2/m8) 0.08000 0.08000 25,00000 0.09500 0.08200 0.06500 0.08200 0.06500 25,00000 0.09500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.09500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.09500 0.08200 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200
(m3/s) 20.66 20.66 1.65 22.31 3.35 -46.65 52.86 108.53 -6.74 18.96 -5.31 12.10 15.36 4.60 6.58 13.09 55.67 4.31 15.12 2.56 3.04 4.99 -0.48 2.37 1.95 6.51 -2.85 -4.83 6.09 -10.92 1.98 0.74 4.33 115.28 39.58 25.80 8.38 3.59 1.01 5.80 4.79 -5.31 12.10 0.74 3.59 4.33 3.35 17.13 13.78
(m/s) 6.58 6.58 0.19 1.45 0.39 -14.85 6.18 15.35 -0.95 1.24 -0.62 1.41 1.00 0.54 0.77 1.53 7.88 0.28 2.14 0.30 0.36 0.58 -0.06 0.28 0.23 0.76 -0.33 -0.56 0.71 -3.48 0.23 0.05 0.51 16.31 1.98 1.29 0.42 0.18 0.12 0.68 0.56 -0.62 1.41 0.09 0.42 0.51 0.39 2.00 1.61
F
76
Anexo 2 Tablas de alternativas
77
Simulación con ventilador 2 kPa y regulaciones – Alternativa 1 Rama 1 2 3 4 5 7 8 9 10 12 13 15 16 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 39 40 41 42 43 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Nodo 1 1 2 3 4 5 7 7 9 10 5 13 16 13 13 17 18 14 13 20 19 21 22 21 23 24 24 23 25 26 26 25 19 28 10 29 30 31 32 19 34 32 15 31 27 33 35 6 36 30
Nodo 2 2 4 4 5 6 8 9 10 11 13 15 14 14 17 18 14 9 19 14 21 22 20 23 24 22 18 25 26 24 7 17 27 20 12 30 31 32 33 34 20 34 31 16 35 35 28 36 7 36
Caudal
Resistencia
Caudal
Velocidad
Forzado
Ns2/m8 0.08000 0.08000 25,00000 0.09500 0.08200 0.06500 0.08200 0.06500 25,00000 0.09500 1,50000 1,50000 1,50000 1,50000 0.08200 1,50000 0.06500 0.09500 0.06500 1,50000 0.08200 1,50000 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.09500 0.08200 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 1,50000 1,50000 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200
m3/s 20.23 20.23 1.62 21.84 4.29 -46.91 56.69 107.26 -6.80 17.55 -2.04 8.22 8.19 2.59 4.08 7.71 50.57 8.82 26.45 1.43 2.72 5.42 -1.28 1.31 2.70 3.63 -2.60 -4.09 5.02 -9.11 1.50 6.96 15.42 114.05 38.50 23.90 13.64 8.45 0.43 5.61 5.19 -2.04 8.22 6.96 8.45 15.42 4.29 18.89 14.60
m/s 6.44 6.44 0.19 1.42 0.50 -14.93 6.63 15.17 -0.96 1.14 -0.24 0.96 0.53 0.30 0.48 0.90 7.15 0.57 3.74 0.17 0.32 0.63 -0.15 0.15 0.32 0.42 -0.30 -0.48 0.59 -2.90 0.18 0.45 1.80 16.13 1.93 1.20 0.68 0.42 0.05 0.66 0.61 -0.24 0.96 0.81 0.99 1.80 0.50 2.21 1.71
F
78
Simulación con ventilador 4 kPa y regulaciones – Alternativa 2 Rama 1 2 3 4 5 7 8 9 10 12 13 15 16 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 39 40 41 42 43 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Nodo 1 1 2 3 4 5 7 7 9 10 5 13 16 13 13 17 18 14 13 20 19 21 22 21 23 24 24 23 25 26 26 25 19 28 10 29 30 31 32 19 34 32 15 31 27 33 35 6 36 30
Nodo 2 2 4 4 5 6 8 9 10 11 13 15 14 14 17 18 14 9 19 14 21 22 20 23 24 22 18 25 26 24 7 17 27 20 12 30 31 32 33 34 20 34 31 16 35 35 28 36 7 36
Caudal
Resistencia
Caudal
Velocidad
Forzado
Ns2/m8 0.08000 0.08000 25,00000 0.09500 0.08200 0.06500 0.08200 0.06500 25,00000 0.09500 0.08200 1,50000 1,50000 0.08200 1,50000 1,50000 0.06500 0.09500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.09500 0.08200 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 1,50000 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200
m3/s 28.74 28.74 2.30 31.04 5.71 -66.13 79.29 152.03 -9.60 25.34 -8.28 7.80 10.68 9.41 3.10 9.98 72.74 13.53 44.28 3.36 7.77 15.55 -4.41 4.44 7.77 6.89 -8.85 -2.54 10.22 -12.76 -6.31 4.02 11.90 161.62 54.85 34.63 18.56 7.88 6.15 16.83 10.68 -8.28 7.80 4.02 7.88 11.90 5.71 25.93 20.22
m/s 9.15 9.15 0.27 2.02 0.67 -21.05 9.27 21.51 -1.36 1.65 -0.97 0.91 0.70 1.10 0.36 1.17 10.29 0.88 6.26 0.39 0.91 1.82 -0.52 0.52 0.91 0.81 -1.03 -0.30 1.19 -4.06 -0.74 0.26 1.39 22.86 2.74 1.73 0.93 0.39 0.72 1.97 1.25 -0.97 0.91 0.47 0.92 1.39 0.67 3.03 2.36
F
79
Ventilador 2 kPa, ventilador 0,06 kPa, act. Nivel 2 – Alternativa 3 Rama 1 2 3 4 5 7 8 9 10 12 13 15 16 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 39 40 41 42 43 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Nodo 1 1 2 3 4 5 7 7 9 10 5 13 16 13 13 17 18 14 13 20 19 21 22 21 23 24 24 23 25 26 26 25 19 28 10 29 30 31 32 19 34 32 15 31 27 33 35 6 36 30
Nodo 2 2 4 4 5 6 8 9 10 11 13 15 14 14 17 18 14 9 19 14 21 22 20 23 24 22 18 25 26 24 7 17 27 20 12 30 31 32 33 34 20 34 31 16 35 35 28 36 7 36
Caudal
Resistencia
Caudal
Velocidad
Forzado
Ns2/m8 0.08000 0.08000 25,00000 0.09500 0.08200 0.06500 0.08200 0.06500 25,00000 0.09500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.09500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.09500 0.08200 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200
m3/s 20.66 20.66 1.65 22.31 3.08 -46.56 53.57 108.33 -6.75 19.23 -6.55 15.13 19.35 0.00 0.00 0.00 54.77 6.43 20.28 -4.70 0.28 5.33 -4.99 -0.81 5.04 0.00 -4.18 -4.18 5.85 -10.03 0.00 15.90 9.84 115.08 39.46 25.50 3.82 -6.06 -4.77 5.12 9.89 -6.55 15.13 15.90 -6.06 9.84 3.08 17.03 13.95
m/s 6.58 6.58 0.19 1.45 0.36 -14.82 6.26 15.33 -0.95 1.25 -0.77 1.77 1.26 0.00 0.00 0.00 7.75 0.42 2.87 -0.55 0.03 0.62 -0.58 -0.09 0.59 0.00 -0.49 -0.49 0.68 -3.19 0.00 1.04 1.15 16.28 1.97 1.27 0.19 -0.30 -0.56 0.60 1.16 -0.77 1.77 1.86 -0.71 1.15 0.36 1.99 1.63
F
F
80
Ventilador 2 kPa, ventilador 0,06 kPa, act. Nivel 3 – Alternativa 4 Rama 1 2 3 4 5 7 8 9 10 12 13 15 16 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 39 40 41 42 43 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Nodo 1 1 2 3 4 5 7 7 9 10 5 13 16 13 13 17 18 14 13 20 19 21 22 21 23 24 24 23 25 26 26 25 19 28 10 29 30 31 32 19 34 32 15 31 27 33 35 6 36 30
Nodo 2 2 4 4 5 6 8 9 10 11 13 15 14 14 17 18 14 9 19 14 21 22 20 23 24 22 18 25 26 24 7 17 27 20 12 30 31 32 33 34 20 34 31 16 35 35 28 36 7 36
Caudal
Resistencia
Caudal
Velocidad
Forzado
Ns2/m8 0.08000 0.08000 25,00000 0.09500 0.08200 0.06500 0.08200 0.06500 25,00000 0.09500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.09500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.09500 0.08200 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200
m3/s 20.68 20.68 1.65 22.34 3.15 -46.79 52.83 108.51 -6.74 19.19 -7.38 13.00 14.95 4.89 6.56 12.43 55.68 6.73 15.30 -3.19 0.00 0.63 -3.19 0.00 0.63 5.87 -3.19 -4.86 6.49 -11.36 1.67 15.65 9.87 115.26 39.39 25.14 4.75 -5.78 -5.72 4.81 10.53 -7.38 13.00 15.65 -5.78 9.87 3.15 17.40 14.25
m/s 6.58 6.58 0.19 1.46 0.37 -14.89 6.17 15.35 -0.95 1.25 -0.86 1.52 0.97 0.57 0.77 1.45 7.88 0.44 2.16 -0.37 0.00 0.07 -0.37 0.00 0.07 0.69 -0.37 -0.57 0.76 -3.62 0.20 1.02 1.15 16.31 1.97 1.26 0.24 -0.29 -0.67 0.56 1.23 -0.86 1.52 1.83 -0.68 1.15 0.37 2.03 1.67
F
F
81
Ventilador 2 kPa, ventilador 0,06 kPa, act. Nivel 2-3 – Alternativa 5 Rama 1 2 3 4 5 7 8 9 10 12 13 15 16 17 18 19 20 21 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 38 39 40 41 42 43 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55
Nodo 1 1 2 3 4 5 7 7 9 10 5 13 16 13 13 17 18 14 13 20 19 21 22 21 23 24 24 23 25 26 26 25 19 28 10 29 30 31 32 19 34 32 15 31 27 33 35 6 36 30
Nodo 2 2 4 4 5 6 8 9 10 11 13 15 14 14 17 18 14 9 19 14 21 22 20 23 24 22 18 25 26 24 7 17 27 20 12 30 31 32 33 34 20 34 31 16 35 35 28 36 7 36
Caudal
Resistencia
Caudal
Velocidad
Forzado
Ns2/m8 0.08000 0.08000 25,00000 0.09500 0.08200 0.06500 0.08200 0.06500 25,00000 0.09500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.09500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.06500 0.08200 0.09500 0.08200 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.06500 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200 0.08200
m3/s 20.66 20.66 1.65 22.31 3.09 -46.56 53.58 108.33 -6.75 19.22 -6.56 15.14 19.35 0.00 0.00 0.00 54.76 6.43 20.26 -4.67 0.00 5.34 -4.67 0.00 5.34 0.00 -4.67 -4.67 5.34 -10.00 0.00 15.88 9.79 115.08 39.46 25.53 3.82 -6.09 -4.78 5.13 9.91 -6.56 15.14 15.88 -6.09 9.79 3.09 17.02 13.94
m/s 6.58 6.58 0.19 1.45 0.36 -14.82 6.26 15.33 -0.95 1.25 -0.77 1.77 1.26 0.00 0.00 0.00 7.75 0.42 2.87 -0.55 0.00 0.62 -0.55 0.00 0.62 0.00 -0.55 -0.55 0.62 -3.18 0.00 1.03 1.14 16.28 1.97 1.28 0.19 -0.30 -0.56 0.60 1.16 -0.77 1.77 1.86 -0.71 1.14 0.36 1.99 1.63
F
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