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VENTILACION DE MINAS.DISEO DE INSTALACIONES MINERASING: MARCO
JESUS SOTO OLMOS
Uriel Alejandro Matehuala Surez.CAPITULO 1
VENTILACIONIntroduccinNecesitamos que el aire se mueva a travs
de circuitos de ventilacin bien establecidos para garantizar el
suministro de aire fresco a los lugares de trabajo y sacar el aire
contaminado.Otra funcin de la ventilacin tiene que ver con el
acondicionamiento climtico, ya que minas calientes requieren de que
se les refrigere y las ms fras a ciertas latitudes requerirn de que
el aire se les caliente a una temperatura agradable.
VENTILACIONGases que se producen durante una voladura.
VENTILACIONPor la nueva maquinaria, hacen que los requerimientos
de aire fresco se disparen, por el requerimiento mnimo de los
reglamentos de seguridad, dando como resultado la instalacin de
abanicos, los cuales debemos conocer ya que son de gran importancia
en la minera, para poder seleccionar uno que se adecue a nuestras
necesidades a travs de tablas y grficas.
VENTILACIONLos requerimientos normales de aire varan entre 10 y
15 pies cbicos por minuto. Y para la industria minera Hartman
establece que de 20 ft/min (0.6m/min) por cada persona que labore
en la mina.
La cantidad de aire fresco que se debe suministrar a las minas,
es mucho mayor a esa cantidad, para proporcionar un ambiente
confortable, y mas se tiene que incrementar por el uso de equipo
Diesel.
Requerimientos de aire fresco.VENTILACIONComportamiento y
Composicin del aire.El aire es una mezcla de gases que desde el
punto de vista termodinmico se comporta como un gas ideal dentro
del rango bajo y medio de temperaturas y presiones, y por lo tanto,
le son aplicables a las leyes de los gases ideales, en donde
intervienen las leyes de:Ley de Boyle (p1V1=p2V2=K)Ley de Charles
(V1/V2=T1/T2)Procesos Iscoros(p1/p2=T1/T2)Ley de las presiones
parciales de Dalton(pt=p1+p2+p3+pn)
siendo:V=volumenp=presinpt=presin total de la mezcla de
gases.p1,p2,p3=presiones parciales ejercidas por cada gas en la
mezcla.
VENTILACIONLa composicin de aire es:
Y de una manera aproximada:
VENTILACIONUna frmula muy conocida en los clculos relacionados
con gases es la conocida Ley combinada de Charles-Boyle, cuya
expresin es:
Expresada de otra forma: PV= RT para unidades de peso.Donde:P =
Presin absoluta (Lb/ft ; kg/m ).T = Temperatura absoluta (R ; K)V =
Volumen del gas (ft ; m)R = Constante del gas [(lb-ft)/ R ; (kg-m)/
K]R = 53.3 (lbs-ft)/ R
VENTILACIONEl aire seco tiene un peso de alrededor de 1.29 Kg/m
(0.062lbs/ft), si la atmosfera esta gravitando sobre la superficie
terrestre, sta ejercer sobre la misma, una presin conocida como
presin atmosfrica o presin baromtrica, su valor depender de la
elevacin del punto considerado con respecto al nivel del mar. El
aire normal no es seco, contiene cierto porcentaje de humedad, la
presin baromtrica en cualquier lugar es la suma de las presiones
parciales del aire seco y del contenido de agua. Llamando pb a la
presin baromtrica, Pv a la presin parcial del vapor de agua y Ps a
la presin parcial del aire seco:Pb = Ps +Pv
Presin BaromtricaVENTILACIONDensidad del aire:
VENTILACIONLa frmula que nos da la densidad del aire usada por
el Bur del Clima (Weather Bureau):
Donde: = Densidad del aire en libras/fta = Densidad del aire
seco libras/ftv = Densidad del vapor de agua libras/ftPb = Presin
baromtrica en pulgadas de mercurio.T = Temperatura del aire en FPv
= Presin de vapor a la temperatura del aire en condiciones de
saturacin. = Humedad relativa del aire a la temperatura
T.VENTILACION
VENTILACIONIlustracin:
VENTILACIONCircuitos de ventilacin.La palabra circuito implica
una trayectoria cerrada recorrida por cualquier mvil, y en nuestro
caso por el aire.En el caso de la ventilacin de minas, parte del
circuito esta constituidas por conductos, y la otra parte se
completa a travs de la atmosfera
VENTILACIONEl desplazamiento del aire se realiza por efecto de
la Presin Natural de Ventilacin.
VENTILACIONEl desplazamiento se realiza con ayuda de un abanico
que funciona como extractor.
VENTILACIONEl movimiento del aire se genera por el abanico que
esta funcionando como inyector.
VENTILACIONEn general, el circuito de ventilacin de una mina
esta constituido por un tiro de admisin, un tiro de succin y una
red de conductos de ventilacin mas o menos compleja que incluye
frentes, cruceros, pozos, contrapozos y rebajes. En ocasiones en
vez de un tiro de succin existe un socavn.
VENTILACIONDisear sistemas de ventilacin eficientes para minas
que inicien sus trabajos de explotacin.Trabajos tendientes a
mejorar las condiciones de ventilacin de las minas ya en
operacin.Adems de determinar:Si el trabajo actual de ventilacin
esta trabajando eficientemente.Si los equipos requieren
mantenimiento.Si se requiere incrementar la capacidad de los
abanicos.Obtener informacin de diseo para nuevos proyectos.
Trabajos bsicos del Ingeniero de Ventilacin. VENTILACIONEstos
consisten en investigar el caudal del aire que en un momento dado
este circulando por un conducto. En tal caso, el problema
bsicamente consiste en medir por cualquier medio la velocidad de
flujo mediante los siguientes instrumentos:
Tubo de humos.Anemmetro de labes.Tubo de
pitot.Velmetro.Anemmetro de alambre caliente.
Trabajos de VolumetraVENTILACIONSe usa para medir bajas
velocidades de aire y el valor de las mismas se determina por el
tiempo que tarda una bola de humo en viajar entre dos puntos
separados por una distancia conocida.Estn limitados a velocidades
por debajo de 150 ft/min. (50 m/min), puesto que las velocidades
mas elevadas difunden el humo mas rpidamente.
Tubo de Humo.
VENTILACIONEste instrumento es preciso y se puede usar para
determinar el flujo de aire en cualquier conducto o abertura minera
(galera, obra).El instrumento estndar consiste en un molinete,
conectado a travs de un mecanismo de relojera a un conjunto de
agujas indicadoras, que registran los pies o metros lineales de
aire que pasan durante un intervalo de tiempo conocido.
Anemmetro de Alabes
VENTILACION
VENTILACIONTubo de Pitot: El tubo de Pitot es le medidor de la
velocidad de aire estndar, segn el tubo Pitot se usa en Estado
Unidos y no necesita calibracin.
Tubo de Pitot
VENTILACIONComo se observa en las figuras I y J, el instrumento
de dos tubos concntricos, el interno, para medir la presin total
del aire, y el extremo para medir la presin esttica solamente.
Ahora bien; cuando ambos se conecta a los extremos de un manmetro
diferencial, es posible medir la cabeza de velocidad Hv, y
conociendo la cabeza de velocidad, la velocidad podemos conocerla
mediante la Formula:
VENTILACIONEste es un instrumento de lectura directa e
instantnea, se usa en trabajos de campo donde requerimos medir la
velocidad del are especficamente.Velmetro.
VENTILACIONDepende de la variacin de la resistencia elctrica de
un alambre con la temperatura, cuando una corriente de aire pasa
sobre un alambre caliente, la remocin del calor del alambre,
depende de la velocidad del aire y de esta manera, la temperatura
del alambre y su resistencia, varan con dicha velocidad.
Anemmetro de alambre caliente.
VENTILACIONLos flujos de corrientes de ventilacin son
generalmente turbulentos, como demostraremos a su debido tiempo y
la distribucin de velocidades en una seccin cualquiera de conducto
es una parbola achatada.
Siendo esto as se requiere que calculemos la velocidad media del
flujos o caudales para poder calcular el gasto de dicha
corriente.
Tcnicas para medir la velocidad.VENTILACIONTratndose del
anemmetro de labes o molinete, podemos usar cualquiera de las dos
siguientes tcnicas.
VENTILACIONAhora nos interesa poder calcular dicho valor en
funcin de la rugosidad de los conductos de ventilacin.
El valor de HL es dependiente de la longitud de los conductos,
de su dimetro o de su radio hidrulico cuando su seccin es diferente
a la circular, y depende adems de la cabeza de la velocidad.
Todo los parmetros antes mencionados quedan integrados en la
conocida formula de Darcy-Weisbach.
Calculo del HLVENTILACION
VENTILACION Describe el comportamiento de un fluido movindose a
lo largo de una lnea de corriente.La ecuacin es:
Donde: V=Velocidad del fluido en la seccin considerada. p=
densidad P= presin a lo largo de la lnea de corriente G= gravedad
z= altura en la direccin de la gravedad desde una cota de
referencia.
Ecuacin de Bernoulli
VENTILACIONSe intenta hacer uso de este concepto para resolver
circuitos de ventilacin de minas, basndonos en la analoga que
existe entre estos circuitos y los elctricos.
Resistencia de Mina
VENTILACION
VENTILACIONSi dos conductos estn conectados en serie y tienen
como resistencia los valores R1 y R2, demostraremos que la
resistencia total de la combinacin se calcula sumando los valores
individuales de la misma.
Resistencia en Serie.
VENTILACION
VENTILACIONSi dos conductos estn conectados en paralelo, la
resistencia equivalente de la combinacin es ms pequea que
cualquiera de las resistencias individuales.
Resistencia en Paralelo
VENTILACION
VENTILACIONEstas son redes de conducto de ventilacin,
irreductibles a combinaciones simples Serie-Paralelo, el ejemplo
clsico de este tipo es el circuito tipo Puente, este tipo de
circuito se resuelve usando las leyes de Kirchhoff en el mtodo de
Cross que discutiremos posteriormente.
Redes Complejas
VENTILACION
VENTILACIONLas leyes de Kirchhoff para circuitos de ventilacin
son las mismas que para los circuitos elctricos y se expresan
as:
Primera Ley: La suma de los caudales que entran en cualquier
nudo, es igual a la suma de gastos salen del mismo.
Segunda Ley: En un circuito cerrado, la suma de las cadas de
presin es igual a cero. Esto tambin puede expresarse como sigue: la
suma de las cadas de presin en el sentido de las manecillas del
reloj, es igual a la suma de las cadas de presin que se registran
en el sentido opuesto.
Ley de KirchoffVENTILACIONEs un mtodo de aproximaciones
sucesivas que permite efectuar un equilibrio entre los caudales y
las cadas de presin en los diferentes conductos de una red de
ventilacin, ya que no existe mtodo directo de calculo. El
procedimiento es como sigue:
Mtodo de Cross
VENTILACION
VENTILACIONTrazo de Diagrama de Gradiente.
VENTILACIONUn abanico de cualquier tipo es bsicamente una bomba
de aire. El impulsor en el caso de los abanicos centrfugos, realiza
trabajo sobre el aire impartindole energas esttica y cintica en
proporciones variables segn el tipo de ventilador centrifugo que se
trate. Los ventiladores de flujo axial por su parte realizan un
trabajo similar.
Abanicos y su Seleccin.
VENTILACIONAhora bien, si no es el objetivo del Ingeniero de
Minas el diseo del abanico, ellos deben revisar aunque sea de una
manera somera los principios tericos de su funcionamiento.
VENTILACIONABANICOS CENTRIFUGOS Y DE FLUJO AXIAL
CentrifugoFlujo axial
VENTILACIONDe tipo radial.Con alabes curveados hacia adelanteCon
alabes curveados hacia atrs.
Tipos de abanicos centrfugos
VENTILACIONAbanicos de flujo Axial.
VENTILACIONCaractersticas de los abanicos.
VENTILACIONLos manufactureros acostumbran a presentar la
informacin de su producto en forma de tablas, diagramas y en forma
de cartas o diagramas especiales de seleccin.
Seleccin de Abanicos.
VENTILACIONInstalacin de Abanicos
VENTILACIONVENTILACIONYa se menciono que en las minas altamente
gaseosas es costumbre hacer uso de la dilucin para bajar la
concentracin del gas contaminante a niveles aceptables. Un claro
ejemplo las minas de carbn.
Dilucin de Gases.
VENTILACIONEl caudal de aire fresco para diluir la concentracin
del gas a nivel deseado podemos calcularlo por la formula:
VENTILACION
VENTILACION
VENTILACION
VENTILACIONVENTILACIONVENTILACION
