Flujo de aire y cada de presin a travs de galeras en mina

Flujo de aire y cada de presin a travs de galeras en mina Ing. Carlos Yungo SueroRelacin bsica entre la resistencia y la velocidad de aire que viaja por la minaSiempre un fluido se va a mover desde un punto de mayor presin a otro de menor presin.Estudio de presinAl determinar la presin de una mina, nos permite evaluar las condiciones actuales de la mina, cuya informacin es esencial para la planificacin a futuro de la mina.Para que el aire pueda fluir entre dos puntos se necesita que haya una diferencia de presin. El aire fluye del punto de mayor presin hacia el punto de menor presin.La presin se consume para vencer la resistencia al flujo causada por la friccin o el choque, por lo que la prdida de presin (Hl) es la suma de las prdidas por friccin (Hf) y las prdidas por choque (Hx), expresadas en pascales o pulgadas de H2O Hl = Hf + Hx

La presin esttica de mina es la energa consumida por el sistema de ventilacin para superar las prdidas de cabeza o presin entre la entrada y la salida o descarga de la mina: Hs de mina = Hl = Hf + HxLa presin dinmica de la mina es la presin de velocidad en la descarga del sistema a la atmsfera.Ht=(Hf+ Hx) + Hvde minade minade minade minaLa presin total de mina, Ht es la suma de la presin esttica de mina y de la presin dinmica de la mina:Ht de mina = Hs de mina + Hv de minaoResistencia de los conductos de ventilacinDe la ecuacin de Atkinson

La resistencia de un conducto de ventilacin (R) est afectada principalmente por los trminos K, P, L, A y esta dada por la formulaEjemplo: Calcular la cada de presin, cuando se quiere avanzar una galera recta de 800m. Sin revestimiento, con las paredes relativamente lisas. Se trata de una galera rectangular de 2 x 3 m. a travs de la cual deber circular un flujo de aire de 130 m3/min, densidad del aire 1.2 kg/m3 , Factor de friccin 0.012 Kg/m3.El Factor de Friccin, K

Para convertir el factor de friccin del Sistema Internacional al Sistema Comn (ingls), se usan las siguientes relaciones basadas en un peso especfico estndar del de: 1.2014 kg/m3 (0.075 lb/pie3):1 x 10-6 kg/m3 = 0.5391 lbmin2/pie41 lbmin2/pie4 = 1.855 x 106 kg/m3El valor de K es directamente proporcional a la densidad del aire.Factor de friccin K para vas de aire y obras en minas que no sean de carbn(Independientes de la densidad del aire (por M McPherson)f i i kValores promedio de factores de friccin (Referido a una densidad de aire de 1.2 kg/m3) y coeficientes de friccin(Independientes de la densidad del aire (por M. McPherson)Factor de friccin kFactor de friccin kCoeficiente de friccin flb min2/pie4 x10-10kg/m3(sin dimensiones)Obras rectangularesRevestidas de concreto liso220.0040.0067Zarpeadas300.00550.0092Con concreto, no lisas, nicamente con pequeas irregularidades490.0090.015Vigas en mampostera o paredes de concreto510.00950.0158sin revestimiento condiciones tpicas sin irregularidades importantes650.0120.02Sin revestimiento tablas irregulares750.0140.023Sin revestimiento condiciones speras o irregulares860.0160.027Vigas sobre postes1020.0190.032Obra con tablas irregulares, piso escalonado, pasamanos2160.040.067Arcos mal alineados condiciones speras 0 016friccin fValores promedio de factores de friccin (Referido a una densidad de aire de 1.2 kg/m3) y coeficientes de friccin(Independientes de la densidad del aire (por M. McPherson)Factor de friccin klb min2/pie4 x10-10Factor de friccin kkg/m3Coeficiente de(sin dimensiones)Obras con arcos de aceroconcreto todo alrededor220.0040.0067Enladrillado entre los arcos todo alrededor320.0060.01Placas de concreto o tablones de madera entre arcos todo alrededor400.00750.0125Placas o tablones de madera entre arcos490.0090.015Con tablones de madera atrs de los arcos650.0120.02Arcos mal alineados, condiciones speras860.0160.027Valores promedio de factores de friccin (Referido a una densidad de aire de 1.2 kg/m3) y coeficientes de friccin(Independientes de la densidad del aire (por M. McPherson)Factor de friccin kFactor de friccin kCoeficiente de friccin flb min2/pie4 x 10-10kg/m3(sin dimensiones)Minas metlicasObras a nivel arqueadas con malla y tornillos540.010.017Rampas arqueadas con malla y tornillos750.0140.023Contrapozo rectangular sin ademe, con malla y tornillos700.0130.022Contrapozo Robbins270.0050.008Obra con banda transportadora750.0140.023Obra a nivel desarrollada con topo240.00450. 075friccin fValores promedio de factores de friccin (Referido a una densidad de aire de 1.2 kg/m3) y coeficientes de friccin(Independientes de la densidad del aire (por M. McPherson)Factor de friccin kFactor de friccin kCoeficiente delb min2/pie4 x 0-10kg/m3(sin dimensiones)Mina de carbn: rectangulares, cielo atornilladoEntrada de aire limpias490.02090.015Retornos, algunas irregularidades / cados540.010.017Galeras de banda27 a 59.005 a .011.0083 a .018Galeras con huacales270 a 755.05 a .14.08 a .23(Independientes de la densidad del aire (por M McPherson)Valores promedio de factores de friccin (Referido a una densidad de aire de 1.2 kg/m3) y coeficientes de friccin(Independientes de la densidad del aire (por M. McPherson)Factor de friccin kFactor de friccin kCoeficiente de friccin flb min2/pie4 x 10-10kg/m3(sin dimensiones)Tiros1Revestidos, lisos sin obstrucciones160.0030.005Revestidos con ladrillo, sin obstrucciones220.0040.0067Revestidos con concreto, guas de cable, tuberas con coples350.00650.0108Revestidos con ladrillo, guas de cable, tuberas concoples400.00750.0125Sin revestimiento, superficie bien cortada540.010.0167Sin revestimiento, recortadas las irregularidades grandes650.0120.02Sin revestimiento, malla atornillada750.0140.023Revestidos con tubera sin coples38 a 75.007 a .014.0012 a .023Revestidos con ladrillo, vigas en dos naves970.0180.03Vigas en dos naves enlazadas1180.0220.037(Independientes de la densidad del aire (por M McPherson)Valores promedio de factores de friccin (Referido a una densidad de aire de 1.2 kg/m3) y coeficientes de friccin(Independientes de la densidad del aire (por M. McPherson)Factor de friccin kFactor de friccin kCoeficiente de friccin flb min2/pie4 x 10-10kg/m3(sin dimensiones)Frente larga con transportador blindado y ademes caminantes2Condiciones buenas, tope liso1890.0350.058Condiciones tpicas, carbn en el blindado2700.050.083Condiciones speras, frente desalineada3500.0650.108Manga y ductos de ventilacin3Manga ahulada colapsable (nicamente en sistemas de inyeccin)200.00370.0062Manga colapsable con refuerzo espiral590.0110.018Fibra de vidrio130.00240.004Acero galvanizado espiral110.00210.0035Factor de friccin K para vas de aire y obras en minas que no sean de carbnKg/mValores de k para vas de aire circulares ( NCB, 1979)Kg/m3 lbmin2/pie4Valores de k para vas de aire circulares ( NCB, 1979)Kg/m3 lbmin2/pie4FrentesEl Instituto Australasiano de Minera y Metalurga, 1993 presenta los siguientes valores k:Tiros lb min2/pie4De concreto, sin obstrucciones 16Revestimientos de ladrillo, sin obstrucciones 19De concreto con gua de cable 35 - 324Revestido con listones de madera 76Revestido de concreto, guas y divisiones de acero 40 - 342Ademe de madera, rectangular 243 - 486Roca desnuda 97 - 108Contrapozo rimado 27Roca desnuda (anclada), transporte 43 - 65Frente de banda transportadora (roca desnuda) 124Zarpeada, transporte 51Roca desnuda, banda transportadora y va combinadas 97Roca desnuda, banda y va transportadas con madera 81 - 119Arqueada y enrajada (transporte) 27a1000o,Pa ==en HpPotencia de Aire, Potencia mecnica yEficienciaLa potencia de aire es una medida de la potencia entregada al aire para superar las prdidas de presin en su conduccin:P = HQ en kW5.2HQ HQ33,000 6346H en pascales (pulgadas de agua)Q en m3/s (pies3/minuto, pcm) = eficiencia del ventiladorPresin dinmicaEn un sistema de ventilacin normalmente hay cambios de rea de seccin transversal y por lo mismo de velocidad.De acuerdo al teorema de Bernoulli hay conversiones de presin esttica a presin dinmica y viceversa.En la descarga del sistema de ventilacin la presin dinmica se disipa en la atmsfera y poreso se considera como una prdida de presin en ese punto.La frmula de la presin dinmica es:

Prdida de presin por choqueHay prdidas por choque debido a cambios de direccin, cambios de rea de la seccin transversal y por obstrucciones.Por lo general las prdidas por choque son nada mas de un 10 a un 30 % de la prdida total depresin.McElroy, 1935 y Hartman, 1960 desarrollaronfrmulas empricas para calcular prdidas porchoque.Otras maneras de calcular las prdidas por choque son:Aumentando a criterio el factor de friccinAumentando una longitud que equivalga a variasfuentes de prdida por choqueAumentando a criterio la longitud en un 10 a un30 %.El mtodo de Longitud Equivalente es prctico para clculos de rutina y se puede integrar a la frmula de Atkinson para obtener en un solo clculo las prdidas por friccin y choque (frmula compuesta):

Longitud equivalente de varias fuentes de perdida por choqueLargos equivalentes

RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL AIRE

RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL AIRE

RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL AIRE

RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL AIRELARGOS EQUIVALENTES, PARA = 0,00189

Ejemplo de calculoCalcule la perdida de carga por friccin y choque en cada galera, la perdida de carga del sistema y la potencia requerida para producir flujo (todas las galeras tienen la misma seccin)

K=0,0232 (para todas las galerias)Q= 9,44 m3/s (20000 cfm)w= 1,201 kg/m3