DISEÑO DE SISTEMAS DE EVACUACION DE AGUA DE MINAS SUBTERRÁNEAS DE LA MINA CERRO GRANDE

Las aguas subterráneas penetran en las labores mineras desde las rocas acuíferas atravesadas por las labores mineras, por las grietas y oquedades existentes en las rocas adyacentes, desde las cavidades cársticas llenas de agua, o desde labores antiguas generalmente anegadas.

La evacuación de agua en una operación minera subterránea es necesario para extraer mineral de los depósitos con acumulación continua de agua y porque hay depósitos considerablemente más bajos que el nivel freático del agua.

Por lo tanto debemos establecer un sistema de evacuación de agua de mina subterránea para prevenir la inundación de las labores mineras por aguas subterráneas lo cual se puede hacer de 2 maneras: por drenaje y por bombeo.

La acumulación continua de agua en las operaciones subterráneas es resuelta diseñando un sistema de bombeo.

Hoy la mayoría de bombas son accionadas por motores eléctricos. Algunos de pequeña utilidad utilizan bombas accionadas por aire comprimido, gasolina o diesel.

Los dos tipos de bombas más frecuentemente utilizadas en minas subterráneas son las bombas centrífugas (cinéticas) (altos o bajos volúmenes contra bajas cabezas o altos volúmenes contra altas cabezas) y las de émbolo o pistón (de desplazamiento positivo) (para bajos volúmenes de agua y altas cabezas)

BOMBAS

Las bombas son usadas ampliamente en toda la industria minera para desaguar operaciones de minas profundas. El control de aguas subterráneas puede aliviar numerosos problemas producción y proveer un ambiente de trabajo seguro.

PRINCIPIOS BÁSICOS DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

Las bombas centrífugas son probablemente el tipo más popular de bombas en minería. Los componentes básicos de una bomba centrífuga como los ilustrados en la fig. 12.1.10 son una entrada( inlet), el eje de rotación del impulsor (shaft), los álabes curvados de impulsor (impeller), cubierta (casing),la conexión de descarga y la descarga (outlet)

Una bomba centrífuga es un mecanismo simple siendo el impulsor la única parte en movimiento el cual va unido al eje del motor. Asumiendo que la tubería de succión y la cubierta de la bomba (volute) sonllenadas de agua al nivel del ojo (cebado), cuando el impulsor rota, un vacío parcial es creado que permite que la presión atmosférica impulse más agua dentro de la cubierta de la bomba. El agua, el cual ingresó a la abertura abierta en el ojo del impulsor, es puesto en rotación por los impulsores y crea fuerzas centrífugas resultando en presiones en el perímetro exterior del impulsor. El agua se desplaza a la parte exterior del impulsor a alta velocidad y presión dentro de una cubierta expandida y es descargada.

Una bomba centrífuga de etapa simple, que es n impulsor simple, usualmente opera contra baja a moderada cabezas. Para cabezas más grandes como aproximadamente 250 pies (75 m), bombas multietapas son generalmente usadas. Una bomba centrífuga multietapas consiste de dos o más etapas y es esencialmente una bomba de alta cabeza. La bomba de etapa simple es normalmente usada para altos volúmenes y relativamente bajas cabezas.

CÁLCULO DE LA CABEZA DINÁMICA

La información esencial necesitada para seleccionar apropiadamente una bomba es el caudal requerido en gpm (L/s) y la cabeza dinámica total en pies (m). El caudal es dependiente principalmente de los factores operacionales tales como la tasa de flujo anticipado dentro de una mina subterránea. La determinación de la cabeza dinámica total requiere consideraciones de la elevación de succión, la diferencia de elevación entre la bomba y el punto de descarga, fricción a lo largo de tuberías y accesorios, y la velocidad de la cabeza.

La elevación dinámica del agua en el lado de la succión es calculada como la presión requerida necesitada para elevar el agua de la superficie del agua a la altura de la línea central de la bomba y para vencer la resistencia friccional en la toma de la tubería y los accesorios.

Tabla 12.1.7 Elevación de succión práctica (70% de la elevación de sifón teórico)

Elevación 50°F 10°C 70°F 21°C 90°F 32°Cpies m pies m pies m pies m0 0 23.8 7.2 23.2 7.1 22.6 6.91000 305 22.9 7.0 22.4 6.8 21.8 6.62000 610 22.0 6.7 21.5 6.6 20.9 6.44000 1220 20.4 6.2 19.9 6.1 19.3 5.96000 1830 18.9 5.8 18.3 5.6 17.8 5.48000 2440 17.5 5.3 16.9 5.2 16.4 5.0

A una elevación de 8000 pies (2440msnm) y a temperatura de agua en ese sitio de 21ºC, por tablas se considerarà una elevación de succion estatica de 16.9pies

La mina está a 8000 pies (1830 m)La temperatura del agua no se espera que exceda 70°F (21°C)Un flujo de 400 gpm es requerido2 codos de 90° de 4”FUna válvula de compuertaUna válvula check.Velocidad: 10.2 pie/seg

Solución

La velocidad de cabeza en pies, es usualmente pequeña y puede frecuentemente ser ignorada. Esta velocidad de cabeza puede ser calculada usando la relación siguiente:

Hv =

Hv = = 1.6 pies

La pérdida de fricción de la tubería es una función del diámetro, longitud, tipo de material de la tubería y el caual. La ecuación de Hazen – Williams es frecuentemente usada para calcular la pérdida por fricción:

Hf100 = (12.1.9)Donde Hf100es la pérdida por fricción por cada 100 pies de tubería; K es la constante de conversión 1045 con unidades inglesas y 1.22 X 1012 con unidades SIQ es el caudal en gpm (L/s)C es el coeficiente de retardación = 120 para cubierta de acero y 150 para PVCD es el diámetro interno de la tubería en pulgadas.La pérdida de fricción en los accesorios es usualmente aproximado por la longitud de la tubería equivalente

Tabla 12.1.8 Longitud equivalente de tubería, piesTamaño nominal de la tubería, pulg, (mm)

1 (25) 2 (50) 3 (75) 4 (100) 6 (150)Cido de 90° 2.7 5.5 8.0 11.0 16.0Codo de 45° 1.3 2.5 4.0 5.0 8.0Tee 6.0 12.0 17.0 22.0 33.0Válvula de globo, abierta 13.0 29.0 45.0 60.0 110.0Válvula de compuerta, abierta 0.6 1.3 2.0 2.5 4.5Válvula check 8.0 19.0 32.0 43.0 100.0

Para tubería de 4 pulgadas.

2 codos de 45° 2 X 5 = 10 1 válvula de compuerta 1 X 2.5 = 2.5 1 Tee 1 X 22 = 22.0 1 válvula check = 43.0 ------------- 77.5pies (accesorios)

Se dividira al pique en dos tramos, Desde abajo hacia arriba, Desde el nivel inferior donde se encuentra la estacion de bomba y la galeria de colección de agua hasta los 200m (TRAMO I), donde se encuentra un pozo que luego bombeara hasta la superficie (TRAMO II)

La fricción de la cabeza de la tubería es calculada para el TRAMO I = 751.3 pie pies (229 m)

Longitud equivalente total (long.tuberia para tramoI + accesorios) = 751.3 + 77.5 = 828.8 pie

Hf100 =

Hf100 = 1045 * (400 / 125 ) ^ 1.852 / (4^ 4.87) = 10.53 pie

Pérdida de fricción de la cabeza = (743.6 /100)* 10.53 = 78.3 pie

Así laCabeza dinamica total = Hv(velocidad) + Hf (friccion) + Hestaticasuccion + Hestaticadescarga =Cabeza dinámica total = 1.6 pies + 78.3 pies + 16.9 pies + 751.4 = 848.2 pie