Ingeniería en Minas

Inacap Sede Renca

Ventilación Y Drenaje de Minas

Sección 148

Proyecto de Ventilación

Y Drenaje en

“Minería Subterránea”

Integrantes: Guillermo Huentemil

Patricio Vargas

Profesor: Juan Carlos Gelsom

Fecha de Entrega: 01/07/2015

Introducción

En una faena minera subterránea como su nombre lo dice, es aquella en donde

los trabajos mineros se deben desenvolver bajo la superficie terrestre, es decir, en

galerías donde transita tanto la maquinaria como el personal. En ellas además se

realizan distintos labores, como por ejemplo como lo es la etapa de tronadura y

entre otros.

Por lo que es importante determinar la cantidad de aire y de agua necesarios que

vamos a suministrar a los distintos niveles o secciones, a partir de la cantidad de

personal y de maquinarias que van a necesitar estos recursos. Y también se

determinara a partir del caudal la velocidad a la que los vamos a inyectar y los

diámetros de los conductos por los que van a ser transportados.

El caudal total para ambos casos (agua y aire) debe satisfacer las necesidades

tanto del personal como de la maquinaria, cumpliendo las normas del reglamento

de seguridad minera, siendo más eficientes y dando mayor seguridad a los

trabajadores de la faena.

Diagrama Mina Subterránea

Datos a Considerar

1. Para cada hombre:

La cantidad de aire es: 4 m3min

La cantidad de agua es: 15 ltsmin

2. Para cada máquina:

La cantidad de aire es: 3 m3minhp

La cantidad de agua es: 50 ltsmin

3. Para la carga explosiva:

La cantidad de aire (m3min

) se determina a partir de:

17 (cte )×Cantidad deexplosivo (kg )

4. Para cada aspersor:

La cantidad de agua es de: 15 ltsmin

Longitud del conducto

Para determinar la longitud del conducto por donde van a ser transportados los suministros de agua y aire, debemos considerar los 150 metros de alto y los 90 metros de ancho que tiene nuestra faena minera.

A partir de esto se puede determinar la longitud del conducto:

902+1502=x2

√902+1502=x

174,928metros=x

175metros=x

Por lo tanto la longitud del conducto va a ser de 175 metros.

Longitud de los brazos del conducto

Para las secciones II y III de la faena minera, también se necesita la instalación de conductos para el suministro de agua y aire, para que las máquinas y los empleados puedan trabajar.

Estos brazos pueden tener longitudes que van desde los 6 – 8 metros. Por lo tanto para este trabajo, para las longitudes de los conductos en estos brazos tanto para el caso del agua como para la del aire, se ocupara una longitud de 7 metros.

Caudales totales de Agua y Aire

1. Hombres:

Aire: 15×4m3min

=60 m3min

Agua:15×15ltsmin

=225 ltsmin

2. Máquinas:

Aire: 3×(100hp×3

m3minhp )=900 m3

min

Agua:3×50ltsmin

=150 ltsmin

Aire:3×(200hp×3

m3minhp )=1800 m3

min

Agua:3×50ltsmin

=150 ltsmin

3. Carga de Explosivo:

Aire: 17×15kg=255 m 3min

4. Aspersores:

Agua: 40×15lts

min=600 lts

min

Por lo tanto, a partir de estos cálculos podemos determinar que los caudales totales necesarios tanto de agua o como de aire, que se van a inyectar en esta faena minera subterránea, van a ser:

Para la sección II

Para la sección III

Agua q=3015 m3min

¿50250ltsseg

Aire q=1125 ltsmin

Suministro de Aire para la Minera

Diámetro de las secciones para inyección de aire

Para poder determinar los diámetros de los conductos para cada sección, lo primero que debemos calcular es el caudal total que va a circular a través de estos conductos. En cuanto a la velocidad con la cual va a transitar el aire en estos

conductos, va a variar entre los 14 a 15 mtsseg

. Pero para este trabajo la velocidad

del aire va a ser de 14 mtsseg

, para todas las secciones de la faena minera. Por lo

tanto los diámetros para las diferentes secciones van a ser:

a) Sección I: Para esta sección el caudal que se ocupa, es el caudal total el cual se va a necesitar, ya que es por este conducto por donde debe ingresar todo el aire que se va a necesitar para la ventilación y luego se va a dividir en las otras diferentes secciones. Por lo que para determinar el diámetro del conducto debemos considerar:

q=3015 m3min

=50250 ltsmin

V=14 mtsseg

A partir de este grafico podemos determinar que el diámetro del conducto necesario para que circule aquella cantidad de aire y a esa velocidad de inyección debe ser de:

∅=2500mm=2,5mts

b) Sección II: Para esta sección para poder determinar la cantidad de aire necesario para inyectar, debemos considerar al personal y a la maquinaria aquí presente:

Para loshombres :6×4m 3min

=24 m 3min

Para lama quinaria :3×(100hp×3

m 3minhp )=900 m3

min

Por lo tanto para determinar el diámetro del conducto debemos considerar:

q=924 m3min

=15400 ltsseg

V=14 mtsseg

Por lo tanto el diámetro que debemos utilizar para la sección II, debe ser de:

∅=1250mm=1,25mts

c) Sección III: Para esta sección al igual que la anterior debemos calcular antes la cantidad de aire que necesitaremos para esta parte, a partir de la maquinaria y de los hombres aquí presentes; para luego poder determinar el diámetro del conducto.

Para loshombres :6×4m 3min

=24 m 3min

Para lamaquinaria :3×(200hp×3

m 3minhp )=1800 m 3

min

Por lo tanto para determinar el diámetro del conducto debemos considerar:

q=1824 m 3min

=30400 ltsseg

V=14 mtsseg

Por lo tanto el diámetro que debemos utilizar para esta sección, debe ser de:

∅=2000mm=2mts

d) Sección IV: Para esta sección antes de determinar el diámetro del conducto, debemos calcular la cantidad de aire a inyectarse, a partir del aire necesario para el personal y para la parte de la tronadura.

Para loshombres :3×4m3min

=12 m 3min

Para latronadura :17×15 kg=255 m 3min

Por lo tanto para determinar el diámetro del conducto en esta sección, debemos considerar:

q=267 m 3min

=4450 ltsseg

V=14 mtsseg

Por lo tanto el diámetro que vamos a utilizar en esta sección, debe ser de:

∅=630mm=0,63mts=0,7mts

Gráfico de los Conductos

Como se puede observar en la imagen anterior, gráficamente los conductos quedarían de esta manera con sus respectivos diámetros. Pero en las secciones II y III, los diámetros de los conductos como también la cantidad de conductos en ellos sufrirán un pequeño cambio; por razones de espacio, estética y porque así se entrega una mayor distribución de aire.

Este nuevo diseño se verá representado en la imagen siguiente:

En donde como se puede observar, la sección II quedaría con 2 conductos con un diámetro de 0,7 metros para cada uno, mientras que la sección III quedaría con 2 conductos con un diámetro de 1 metro de cada uno, para que así pueda inyectarse el aire.

Cabe señalar que el diámetro de las rejillas, dependerán directamente del diámetro de los conductos.

Determinación de la Potencia del Ventilador

Para determinar la potencia de nuestro ventilador a utilizar, es necesario ocupar la siguiente formula:

Potencia= ρ ×g× Hp ×q0,7×0,7

Para estos cálculos ya conocemos la densidad del aire (1,2kgm 3

), también la

gravedad (10 mt

seg2 ), así como también el flujo de aire total (50,25 m3seg ) y los

divisores son solo factores de rendimiento mecánico y volumétrico. Pero falta determinar las pérdidas que se producirán en el conducto por donde va a circular el aire.

Perdidas (Hp): para el cálculo de las pérdidas totales, debemos considerar 5 factores:

i. Presión Dinámica: Según esta tabla la presión dinámica dependerá de la velocidad, por lo tanto:

P .dinámica=12mmde H 2O ×10 pascalesmmde H 2O

=120 pascales

Dónde: ρ=densidad del material ( kgm3 )

g=gravedad ( mts

seg2 )Hp=pérdidas ( mts)

q=flujode aire total (m 3seg )

ii. Codo: está perdida depende de la presión dinámica que vamos a tener, por lo tanto:

Codo=P .dinamica× N=12mmde H 2O ×0,9=10,8mmd e H 2O

Codo=10,8mm de H 2O ×10pascales

mmde H 2O=108 pascales

iii. Tramo Recto: las pérdidas por tramo recto, dependerán de las pérdidas por metro de conducto a partir de la cantidad de aire que se está inyectando y la velocidad que este tendrá, como se muestra en la siguiente gráfica:

Por lo tanto las pérdidas en el tramo recto son:

T . Recto=0,6 pascalesmt

×175mts=105 pascales

iv. Filtros: 20mmde H 2O ×10pascales

mmde H 2O=200 pascales

v. Rejilla Critica: 10mmde H 2O×10pascales

mm de H 2O=100 pascales

Por lo tanto, las pérdidas totales que vamos a tener en este conducto, va a estar dado por la sumatoria de cada una de las pérdidas anteriormente obtenidas:

Pérdidas=105 pascales+120 pascales+108 pascales+200 pascales+100 pascales

Pérdidas=633 pascales

Pero ahora antes de calcular la potencia del ventilador a utilizar, determinaremos las perdidas en metros columna de aire, por lo tanto:

P= ρ× g× h

633 pascales=1,2 kgm3

×10mts

seg2×h

h= 633 pascales

1,2kgm3

×10mts

seg2

h=52,75mts=53mtsde aire

Con el valor de las perdidas en metros columna de aire, ahora podemos proceder a determinar la potencia del ventilador para nuestra faena minera. Esto será de la siguiente manera:

Potencia=1,2

kgm 3

×10mts

seg2×53mts ×50,25

m3seg

0,7×0,7

Potencia=65222,45watt ×1Kwatt1000watt

Potencia=65,22245Kwatt ×1,34Hp1Kwatt

Potenc iadel ventilador=87,398Hp

Por lo tanto, la potencia que utilizara nuestro ventilador en la faena minera subterránea, será cercana a los 88 Hp.

Elección del Ventilador

Dónde: P=Presión ( pascales )

ρ=densidad del elemento( kgm 3 )

g=gravedad ( mts

seg2 )h=altura (mts )

Para la elección del ventilador los datos que debemos considerar para esta etapa, son los siguientes:

V=14 mtsseg

∅ (diámetrodel conducto )=2,5mts

q=50250 ltsseg

=51m3hr

Perdidas=633 pascales Potencia=65,222Kwatt Potencia=87,398Hp

En donde en base a las pérdidas de nuestro conducto y el flujo del aire, podremos determinar la mejor opción para el ventilador, llevando estos datos a un gráfico.

Por lo tanto de acuerdo a lo mostrado en el grafico anterior, se determinó que el ventilador a utilizar esta dentro de los parámetros que tenemos nosotros; en base a las potencias que necesitamos, rendimientos y al flujo del aire.

En donde el modelo de ventilador a utilizarse, está señalado en la imagen de arriba, y de acuerdo a su potencia máxima de 86 Kw, nos sirve ya que la nuestra es de 65 Kw aproximadamente.

De acuerdo al modelo de ventilador escogido, los parámetros técnicos de este modelo son los siguientes:

En donde como se puede observar el diámetro del ventilador es de 1,8 metros, mientras que el diámetro de nuestro conducto es de 2,5 metros. Por lo que para poder realizar la inyección del aire a nuestra minera a pesar de estos diámetros, utilizaremos una ampliación de tipo campana para conectar el extractor con nuestro conducto.

Extracción de Aire

Luego de que realizamos a inyección de aire limpio desde el exterior a nuestra faena, ahora debemos realizar la extracción del aire el cual se encuentra contaminado dentro de la minera hacia afuera de esta.

Por lo que en cuanto al caudal de aire a extraer, debe ser el mismo que el de inyección para así generar una renovación completa del aire dentro de la mina subterránea. Mientras que en cuanto a la velocidad de extracción de este caudal de aire, este debe ser menor que al de inyección para así no generar un vacío de

aire en la minera; por lo que esta velocidad variara entre 9 a 12 mtsseg

.

Por lo que los datos que utilizaremos para la extracción de nuestro extractor de aire, son los siguientes:

V .extracción=10mtsseg

Caudalde aire (q)=50250 ltsseg

Diámetro del Conducto del Extractor

Para determinar el diámetro del conducto que utilizaremos en el extractor del aire, debemos considerar el caudal de aire y la velocidad, para así obtener el diámetro del conducto en el siguiente gráfico.

V=10 mtsseg

q=50250 ltsseg

Por lo que el diámetro del conducto en el extractor del aire, en base a este grafico va a ser de:

∅=2500mm=2,5mts

Potencia del Extractor

Para determinar la potencia del extractor a utilizar, es necesario ocupar la siguiente formula:

Potencia= ρ ×g× Hp ×q0,7×0,7

Para estos cálculos ya conocemos la densidad del aire (1,2kgm 3

), también la

gravedad (10 mt

seg2 ), así como también el flujo de aire total (50,25 m3seg ) y los

divisores son solo factores de rendimiento mecánico y volumétrico. Pero antes calcularemos las perdidas, que puede haber en el conducto.

Perdidas (Hp): para este cálculo debemos considerar 5 factores:

i. Presión Dinámica: para determinar está perdida, se utilizara un gráfico que dará este factor en base a la velocidad del aire. Por lo tanto:

Dónde: ρ=densidad del material ( kgm3 )

g=gravedad ( mts

seg2 )Hp=pérdidas ( mts)

q= flujode aire total (m 3seg )

P .dinámica=6mmde H 2O ×10 pascales1mmde H 2O

=60 pascales

ii. Codo: la perdida en los codos, dependerá directamente del valor de la presión dinámica, por lo tanto:

Codo=P .dinamica× N=6mmde H 2O ×0,9=5,4mm de H 2O

Codo=5,4mmde H 2O×10pascales

mmde H 2O=54 pascales

iii. Tramo Recto: las pérdidas que se den en el tramo recto, dependerán de la perdida por metro de conducto que se den a partir del flujo de aire y la velocidad de extracción. Por lo tanto, en base al siguiente grafico este valor será:

T . recto=150mts×0,3pascales

mts=45 pascales

iv. Filtros: 20mmde H 2O ×10pascales

mmde H 2O=200 pascales

v. Rejilla: 10mmde H 2O×10pascales

mm de H 2O=100 pascales

Por lo tanto las pérdidas totales que se van a dar en el conducto del extractor, van a ser de:

Pérdidas=45 pascales+60 pascales+54 pascales+200 pascales+100 pascales

Pérdidas=459 pascales

Con este valor ya determinado, ahora calcularemos la altura de las perdidas en metros columnas de aire. Esto será:

Dónde: P=Presión ( pascales )

ρ=densidad del elem ento( kgm3 )

P= ρ× g× h

459 pascales=1,2 kgm 3

×10mts

seg2× h

h= 459 pascales

1,2kgm3

×10mts

seg2

h=38,25mts=39mtsde aire

Con el valor de las perdidas en metros, podemos proceder a determinar la potencia del extractor para nuestra faena minera. Esto será de la siguiente manera:

Potencia=1,2

kgm 3

×10mts

seg2×39mts ×50,25

m3seg

0,7×0,7

Potencia=47993,87755watt ×1Kwatt1000watt

Potencia=47,99387755Kwatt ×1,34 Hp1Kwatt

Potencia del ventilador=64,311Hp

Por lo tanto, la potencia que utilizara nuestro ventilador en la faena minera subterránea, será cercana a los 65 Hp.

Elección del Extractor

Para la elección del extractor en nuestra faena, debemos considerar los siguientes datos:

V=10 mtsseg

Diámetro del conducto (∅ )=2,5mts

q=50250 ltsseg

=51m 3seg

Perdidas=459 pascales Potencia=47,994Kwatt Potencia=64,311Hp

Dónde: P=Presión ( pascales )

ρ=densidad del elem ento( kgm3 )

La elección de este extractor se realizara a partir de un gráfico con diferentes modelos, en donde vamos a usar el caudal de aire y las pérdidas para escoger la mejor opción.

Por lo tanto de acuerdo a lo mostrado en el grafico anterior, se determinó que el extractor que vamos a utilizar esta dentro de los parámetros que tenemos nosotros; en base a las potencias, rendimientos y al flujo del aire.

En donde el modelo de extractor a utilizarse, está señalado en la imagen de arriba, y acuerdo a su potencia máxima de 55 Kw, nos sirve ya que la nuestra es de 48 Kw aproximadamente.

De acuerdo al modelo del extractor escogido, los parámetros técnicos que presenta este modelo, son los siguientes:

En donde como se puede observar para este caso, el diámetro que presenta el extractor es de 1,8 metros, mientras que el diámetro del conducto para extraer el aire es de 2,5 metros. Por lo que para realizar la extracción del aire contaminado de nuestra faena minera, utilizaremos una ampliación de tipo campana para conectar el extractor con nuestro conducto.