CONTENIDO CAPITULO 3

CARTILLA DE FORMULAS

CONTENIDO

pg.

31. CALCULO DE CAUDAL DE AIRE Y VENTILADOR NECESARIO

31.1 CALCULO DEL CAUDAL NECESARIO

51.1.1 Clculo del orificio equivalente

51.2 CLCULO DE LA POTENCIA DEL VENTILADOR

71.2.1 POTENCIA DEL MOTOR

92. CALCULO DE MOTOBOMBA

92.1 CLCULO DE ALTURA GRAVIMTRICA

92.2 CLCULO DE ALTURA MANOMTRICA

102.3 POTENCIA HIDRULICA (KW)

113. ESPECIFICACIN DE CAPACIDADES DE EQUIPOS E INSTALACIONES.

113.1 CAPACIDAD DE PRODUCCIN POR MINA:

113.2 CALCULO DE LA CAPACIDAD DE MALACATE

234. CLCULOS PARA GEOLOGA

234.1 CUADRO DE CLASIFICACIN A.S.T.M. DE CARBONES POR RANGO.

244.2 CLCULO DE RECURSOS DE CARBN

254.3 CALCULO PARA LOS PERFILES PARA HALLAR EL BUZAMIENTO APARENTE

1. CALCULO DE CAUDAL DE AIRE Y VENTILADOR NECESARIO

1.1 CALCULO DEL CAUDAL NECESARIOCaudal requerido para el personal. Se debe suministrar el siguiente caudal de aire de acuerdo al personal con que cuenta la empresa segn el numero de personas por turno.

Qp = 6 nDonde:

n = nmero de personas bajo tierra por turno simultneamente

6 = Consumo de aire por persona (6 m3/min) para alturas mayores de 1.500 m.s.n.m.

Caudal requerido para diluir gases de maquinaria diesel

Qg = 6*hp

Norma especfica 6 m3/min por dada hp de los motores de combustin

Caudal requerido por produccinQprod = u * t

(u = 1 1.7 (tomada promedio u = 1.35

t = Produccin estimada en ton/da

Caudal requerido para diluir CH4

QCH4 = v/14.4 e (v = t*KDonde:

v = CH4 desprendido por da

K = 8 m3/min/da (CH4 desprendido por tonelada) Norma dada por Aceras Paz del Ro

e = contenido admisible de CH4 (1%)

Caudal necesario en la minaQt = Qp + Qg + Qprod + QCH4Se debe crea una tabla de datos donde se calcular la resistencia que se presente en cada una de las labores en la mina.

Tabla. Ejemplo de tabla de datos de resistencia

Valongitud (m)Seccin (m2)R100MurgueResistencia

Kilomurgue

Inclinado804,95120,0096

Nivel 1264160,00416

Nivel 2824160,01312

Nivel 3324160,00512

Total0,09306

el valor calculado de cada una de las resistencias es tomado del nomograma NDICES DE RESISTENCIA DE VENTILACIN ver nomograma al final de los clculos.Para este caso el Rt = 0,09306 (

1.1.1 Clculo del orificio equivalente

w =

1.2 CLCULO DE LA POTENCIA DEL VENTILADORPara el clculo del ventilador se tubo en cuenta las siguientes formulas

Presin baromtrica

Pbar =

Hmina = Altura de la mina (msnm)

Ts = Temperatura seca de la mina (C)

Peso especifico del aire en la mina

wmina = 0,455*Pbar

Relacin peso especfico

Depresin en la mina

K = coeficiente de rugosidad (0,0055)

Permetro = Permetro de la seccin

Longitud = Longitud total de la va principal

A = rea de la seccin

Q = Caudal necesario en la mina

Altura corregida

Caudal total corregido

Qtc =

1.2.1 POTENCIA DEL MOTOR

Donde:

FS = Factor de seguridad (2)

efic = Eficiencia del motor (0,8)

2. CALCULO DE MOTOBOMBA

2.1 CLCULO DE ALTURA GRAVIMTRICAhg = ha + hiDonde.

ha = Altura desde la bomba hasta el pozo

hi = Altura vertical desde la motobomba hasta superficie

2.2 CLCULO DE ALTURA MANOMTRICAhm = hg + Pc

(Pc = Pa*5% las perdidas se calculan tomando un porcentaje

de la longitud de equivalente en metros (Comnmente varia entre 510 %)

Donde:

hg = Altura gravimtrica

Pc = Perdidas por accesorios

Pa = long. equivalente

2.3 POTENCIA HIDRULICA (KW)

Q = Caudal que se debe sacar en la mina (m3/hr)

hm = Altura manomtrica (m)

( = peso especifico del agua (1 kg/m3)

Se debe aumentar la potencia con un factor del 5% por seguridad.

Pt = Ph + Ph*0,05

Se debe tener en cuenta que:

1 Hp = 0,746 Kw

3. ESPECIFICACIN DE CAPACIDADES DE EQUIPOS E INSTALACIONES.

3.1 CAPACIDAD DE PRODUCCIN POR MINA:Se Proyecta una produccin tipo para las minas de 3000 ton/mes, trabajando 25 das mes, 6 das por semana a doble turno de 8 horas cada uno: Das trabajados por mes: 25 das/mes.

N turnos da: 2 Turnos/da.

N horas por Turno: 8 horas/turno

Para un total de horas trabajadas por mes de:

3.2 CALCULO DE LA CAPACIDAD DE MALACATEPara cumplir las expectativas de produccin se requiere que los equipos seleccionados en el proceso de explotacin tengan la capacidad operativa. La cual se determina a partir de:

Es decir que si el proceso de extraccin fuese continuo se requiere una capacidad de 83,4 kg/min para garantizar la meta mensual. Sin embargo el proceso es discreto y se realiza en intervalos de transporte del coche.A partir de la capacidad real del coche la cual se obtiene de sus dimensiones:

Y a partir de la densidad del carbn a granel estimamos la masa transportada en el coche:

Debemos por tanto determinar a partir de la cantidad de material que se transporta en el coche, del tiempo laborado en el mes y de la produccin esperada, cual es el nmero de recorridos que debe hacer el coche y cual su tiempo para satisfacer la meta de produccin:

Cada recorrido debe ser por tanto ejecutado en:

Es decir que cada 14,7 min debe estar descargndose un coche con 1,224 ton para satisfacer dicha demanda de 2000 ton/mes.En cada da y turno de 8 horas se deben extraer:

El recorrido de un coche a su vez esta compuesto por varias tareas las cuales se descomponen en: Tiempo de descenso del coche.

Tiempo de cargue del coche en el pozo interior.

Tiempo de ascenso del coche hasta tolva.

Tiempo de descargue coche.

Estimando estos tiempos en:

Asumiendo que la distancia media recorrida por el coche desde el pozo de cargue hasta tolva es de 480 m. Por tanto las velocidades en cada uno de los trayectos son:

Lo cual es aceptable por normas de seguridad.

Se requiere establecer todos los parmetros fsicos y mecnicos del sistema para determinarla potencia y la capacidad de los mecanismos involucrados.

Para ello determinamos la masa total arrastrada:

Aplicando analisis de fuerzas:DCL sobre el coche:

Ecuacion 1:

Ecuacion 2

Ecuacin 3

DCL sobre el cable:

Ecuacin 4

Ecuacin 5

Ecuacin 6

De 2 y 3:

Ecuacin 7 de 5 y 6

Ecuacin 8

De 1 y 7Ecuacin 9

De 4 y 8

Ecuacin 10

Reemplazando 9 en 10

Ecuacin 11

La friccin en la polea incrementa la tensin, haciendo diagrama de cuerpo libre:

Ecuacion 12

El coeficiente de rodadura de las ruedas sobre el riel, es estimado en:

El coeficiente de rozamiento del cable de acero sobre los polines en madera y otras superficies, y el de la polea es estimado en:

A si mismo se espera que el coche no sufra aceleraciones bruscas, por lo que se limita a:

Angulo de inclinacin de la va:

El ngulo de Contacto del cable y la polea es

La tensin Mxima experimentada en el cable es de:

La potencia neta del malacate es:

Calculo Bomba:

Como los tanques de succin y descarga se encuentran abiertos a la atmsfera:

Adems como el dimetro de succin es igual al de descarga entonces:

Realizando anlisis fsico se calcula la capacidad del equipo:

De igual manera se desarrolla un anlisis para el clculo de bombas:

4. CLCULOS PARA GEOLOGA

4.2 CLCULO DE RECURSOS DE CARBNt = A*B*D/Cos(A = Promedio ponderado del espesor del manto.

B = Densidad del carbn.

D = rea carbonfera.

( = Inclinacin del manto.

t = Toneladas.Calculo de recursos y reservas por el mtodo de la cuelga:

t = Ai*C*B

Ai= rea inclinada

C= Cuelga

B= Densidad del carbn.

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_1268475102.xlsHoja1

Determinacion de Capacidades de Equipos

Variables OperacinVariables Fsicas Equipo

EquipoMalacateTiempo Total Extraccin (min)14.69

Produccin Mina (ton/mes)2000Tiempo Promedio Cargue (min)0.50

Produccin Mina (ton/dia)80.78Tiempo Promedio Ascenso (min)8.81

Das tiles por mes (das/mes)25Tiempo Promedio Descargue (min)0.50

Horas tiles Dia (horas/da)16Tiempo Promedio Descenso (min)4.88

Tiempo Total Trabajado mes (min/mes)24000Velocidad Requerida Ascenso (m/s)0.91

Numero Descargues Mes (descargues/mes)1634Velocidad Requerida Descenso (m/s)1.64

Numero Descargues Da (descargues/da)66Gravedad (m/2)9.81

Capacidad Tolva (ton)200Aceleracin Requerida (m/s2)2

N Dias sin Cargue de Volquetas2.0Coeficiente de Rodadura Coche ( )0.02

Capacidad Volqueta (ton)12Coeficiente de Friccin Cable y Polines ( )0.15

Numero de Viajes Volqueta Diarios7Diametro Cable (in)5/8

Dimensiones Via:Masa Unitaria Cable (Kg/m)0.64

Angulo de Inclinacin de la Via ()30Masa Total Cable (Kg)307.20

Distancia Boca Mina - Pozo Descargue (m)480Masa Coche (Kg)500.00

Dimensiones Coche:Masa Total (Kg)2031.20

Largo l (m)2Angulo de Contacto Polea- Cable()156

Alto h (m)0.8Coeficiente de Friccin Cable-Polea ( )0.15

Ancho Base a1 (m)1Tensin Maxima Soportada Cable (N)22129.79

Ancho Superior a2 (m)0.8Velocidad Motor (rpm)1800

Diametro Tambor (m)1

Revoluciones Tambor (rpm)17.34

Relacin de Transmisin ( )103.82

Eficiencia Mecnica ( )0.76

Factor de Seguridad ( )1.00

Potencia Requerida (KW)26.43

Potencia Requerida (Hp)35.43

Costos

Consumo Energia por Recorrido kW/h3.88

Consumo Energia Diario kW/h256.24

costo kW/h unitario ($/kW/h)$ 370

Costo Consumo Por Recorrido ($/dia)$ 1,436

Costo Consumo Total Energia Dia ($/dia)$ 94,809

Costo Consumo Total Energia Mes ($/mes)$ 2,370,217

Capacidad del CocheCosto Tonelada ($/ton)$ 60,000

Volumen Coche (m3)1.44Costo Produccin dia$ 4,847,040

Densidad Carbn (kg/M3)850Costo Produccin mes$ 121,176,000

Masa Transportada Carbn (kg)1224Porcentaje Costo Energia/Costo Produccin1.96%

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_1268210358.xlsHoja1

Determinacion de Capacidades de Equipos

EquipoBombasBomba Principal Sumergible

Aforo mina (m/da)10Dimensiones Pozo Galeria

Dimensiones Seccin InclinadoLargo (m)10.4

Alto (m)1Ancho (m)1

Ancho Piso (m)2Alto (m)2

Ancho Techo (m)1Dimensiones Tanque Superficie

Angulo Inclinado ()30Largo (m)3

Bomba Auxiliar InclinadoAncho (m)3

Pozo InclinadoAlto (m)2

Separacin Fondo Succin (m)0.5Volumen Tanque Superficie (m3)18

Mnima Inmersin Succin (m)0.5Pozo Guia

Altura Efectiva Pozo (m)6Separacin Fondo Succin (m)0.5

Longitud de Reserva (m)2Mnima Inmersin Succin (m)2.5

Longitug Total Pozo Inclinado (m)9Altura Efectiva Pozo (m)6

Volumen Bruto Pozo Inclinado (m3)10.5Longitud de Reserva (m)2

Volumen Efectivo Pozo Inclinado (m3)9Longitug Total Pozo Galeria (m)10.4

Variables de OperacinVolumen Bruto Pozo Galeria (m3)20.8

Aumento Nivel Inclinado por Dia (m/dia)6.67Volumen Efectivo Pozo Galeria (m3)12

Distacia Electrodos de Bombeo (m)6Variables de Operacin

Nmero Bombeos Diarios (n Arranques/dia)1.11Aumento Nivel Inclinado x c/d bombeo1 (m/b)0.90

Horas de Bombeo por Arranque (horas)0.63Distacia Electrodos de Bombeo (m)6

Caracteristicas Bomba y TuberiaNmero Bombeos Diarios (n Arranques/dia)0.83

Caudal Bomba Inclinado (m3/s)0.004Horas de Bombeo por Arranque (horas)0.83

Diametro Succin (pulg)2Caracteristicas Bomba y Tuberia

Diametro Descarga (pulg)2Caudal Bomba Principal (m3/s)0.004

Longitud Tuberia Succin (m)8.5Diametro Descarga (pulg)3

Longitud Maxima Tuberia Descarga (m)60Longitud Tuberia Descarga (m)420

Calculo BombaLongitud Motor1.4

Velocidad Media del Flujo (m/s)1.97Longitud Bomba2

Altura Superficie libre-Succin Bomba (m)4.00Calculo Bomba

Altura Bomba-Descarga30.00Velocidad Media del Flujo (m/s)0.88

Altura Elevacin (m)34.00Altura Superficie Libre-Succin Bomba (m)2.50

Peso Especifico Fluido (N/m3)9810Altura Bomba-Descarga213.00

Cabeza Esttica (m H2O)333.54Altura Elevacin (m)210.50

Coeficiente de Friccin Tuberia0.019Cabeza Esttica (m H2O)2065.01

Coeficiente Perdidas Accesorios1.2Perdidas Tuberia Descarga (m)4.11

Coeficiente Perdidas Accesorios 1,3% K1.56Perdidas Accesorios Descarga (m)25.69

Perdidas Tuberia Succion (m)0.631Total Perdidas Decarga (m)29.80

Perdidas Accesorios succin (m)2.025Perdidas Totales (m)29.80

Total perdidas por succion (m)2.656Cabeza Total (m)240.30

Perdidas Tuberia Descarga (m)4.455Eficiencia Total Bomba ( )0.8

Perdidas Accesorios Descarga (m)18.581Potencia Bomba (kW)11.79

Total Perdidas Decarga (m)23.035Potencia Bomba (Hp)15.80

Perdidas Totales (m)25.691Potencia Nominal Bomba (Hp)16

Cabeza Total (m)59.69Costos

Eficiencia Total Bomba ( )0.8Consumo Energia B Galeria Diario kW/h8.19

Potencia Bomba (kW)2.928costo kW/h unitario ($/kW/h)$ 350

Potencia Bomba (Hp)3.925Costo Consumo Total Energia Dia ($/dia)$ 3,576

Potencia Nominal Bomba (Hp)4Costo Consumo Total Energia Mes ($/mes)$ 107,293

Consumo Energia B InclinadoDiario kW/h2.03Porcentaje Costo Energia/Costo Produccin0.04%

mantenimiento:Falta Considerar Caudal Mina

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