Ventilador Centrifugo (aspirante)

Ventilador Axial (Aspirador)

Ventilador Primario

Ejemplo: Simulador VNETPC (fácil de usar)

Formular una red de ventilación

(Qo para todos los topes y talleres)

Determinar los caudales mínimos

Resolver la red de ventilación

Selección: La capacidad del ventilador es determinado utilizando un simulador.

Requiere:

(Determinar la capacidad de los ventiladores)

Ventilador Centrifugo

El aire entra axialmente, es movido radialmente por el impeler y descargado tangencialmente

El ducto de entrada incluye un regulador de aspas operado por un actuador. El impeler es una rueda de ± 10 paletas y un eje

Cada ventilador es operado por un motor de inducción de varios polos (12) .

El ventilador consiste de un ducto de entrada, una caja, un difusor y un motor.

Ventajas y Desventajas

Ventajas: Construcción sólida y robusta

Preferido para generar altas presiones Volumen moderado (Q/P ~ bajo)

Desventajas: Genera ruido elevado a velocidades

bajas (usado como extractor) Eficiencia máxima: 65 – 90 %

Curvas Características

Estas graficas sirven para mostrar la relación del caudalcon la presión y la potencia del ventilador.

Caudal * 1000, cfm

85 %

500

Pre

sió

n E

stát

ica.

, in

W.G

80 % Eficiencia

10

0

0

-10º

+10º

Velocidad: 600 rpm

Densidad: 0.075 lb/cu.ft

Angulo de las aspas

0ºCurva del sistema

A

B

A-B Región aceptable

Punto de Operación

Costos de Ventilación

Costo de Operación:

Costo de Capital :

Ventilador

US $

500,000

Energía eléctrica: 750 kW @ 10 c/kW

Costo de electricidad: $ 657,000/ año

Presión: 2.2 kPaCaudal: 240 m3/s

Potencia: 750 kW

InstalaciónExcavaciones, construcción de cámaras instalación, pruebas, etc.

500,000

Ventilador Axial

Las aspas dirigen al aire axialmente de la entrada a la salida (el aire no cambia dirección)

Los ventiladores modernos tienen aspas ajustables (permite cambiar capacidad)

Otros vienen con motores equipados con convertidores de frecuencia (Velocidad variable)

Eficiencia de Operación: 75 – 90 %

Ventajas: Caudal elevado. Capacidad flexible

desventajas: Ruido alto y requiere silenciadores Mantenimiento frecuente (cada mes)

Ventilador Axial

Impeler

MotorCaja

Piso de Galería

Muro de Concreto

Curvas Características de un Ventilador Axial

70 %

75 %

79 %

Tipos de Instalación

Este tipo de instalación permite aumentar la presión considerablemente. Son usados para trabajos largos

Ventiladores en Serie:

Fan A Fan B

QTQ

Ventiladores de doble fase

Ventiladores en Serie• La curva característica de dos ventiladores en serie se

A: Punto de operación individual, B: Punto de operación combinado

obtiene sumando las presiones para un mismo caudal

Presión“H20

Q*10000, CFM0

2

4

4 8 12

B

A

Curva individual

Característica Combinada

Característica de la mina

Tipos de Instalación

Este tipo de instalación permite aumentar el caudal sin afectar mucho la eficiencia.

Ventiladores en Paralelo

Puertas de Control

QT = Q1 + Q2

Vent A

Vent BQ1

Q2

S ≥ Fan D

Ventiladores en Serie• La curva característica de dos ventiladores en paralelo se

A: Punto de operación individual, B: Punto de operación combinado

Q*10000, CFM0

2

4

4 8 12

B

A

Presión“H20

A

Curva individual

Característica Combinada

Característica de la mina

obtiene sumando los caudales para una misma presión

Ventilación Secundaria

Requerimientos Básicos

Selección e Instalación de ventiladores

Ventilación Secundaria

Operación y Mantenimiento

Inspección y Control

Ventilador Secundario

Puerta de Ventilación

Abrir una puerta solamente

Ventilador SecundarioTabiques

herméticos

Este ventilador es instalado para ayudar al ventilador primario en controlar la presión y reducir fugas de aire.

Rotor

MotorCasing

Piso de Galería

Muro

Techo de Galería

Ventilador en una Galería

Dos Ventiladores en Paralelo

Ventilador Secundario

El ventilador es elegido conjuntamente con el

ventilador primario, al inicio del diseño.

Operación y Mantenimiento

Tamaño y Selección

Para un uso eficiente, es necesario controlar

la calidad del aire y el estado del ventilador.

Ubicación de Ventilador Secundario

Donde instalar el ventilador Secundario?

4.0”

2.0”

Hs

Distancia, Km

Frente

BA C ?

Ubique el ventilador para minimizar fugas de aire

4.0”

2.0”

Hs

Distancia, Km

Frente

BA C

Ubicación del Ventilador Secundario

Instalación

Requerimientos Básicos

Selección e Instalación de ventiladores

Instalación y Mantenimiento de Ventiladores

Mantenimiento

Inspección y Control

Responsabilidades del Supervisor

Instalación del Ventilador

El trabajo de instalación incluye: Construcción de una cámara de acople Construcción de fundaciones

Instalación del ventilador y accesorios

Pruebas de funcionamiento y entrega

incluyendo puertas de seguridad

Socavón 1

V- 12

V- 14

Conducto de Entrada

Difusor

Motor

Ventilador

Cámara de Acople

PuertasDobles

DD

Detalles de Instalación de dos Ventiladores Centrífugos

Rotation

Longitudinal View Drive End View

Portal

Self-Closing Doors

Motor Plinth

Motor

Evase’

RVC

Flexible Joint

Bearings

Detalles de un Ventilador Centrífugo

• Ducto de Entrada • Rodete y eje

• Caja y difusor • Motor de inducción

Instalados en posición horizontal generalmente

Ventiladores Axiales

Pueden ser instalados tanto por encima de un pozo o al final de una galería de ventilación

En la practica, ventiladores aspirantes son preferidos a los soplantes. Este arreglo permite reducir el numero de puertas de ventilación.

También requieren de una Cámara de acople

Ventiladores Primarios en Paralelo

Ventiladores Axiales

Ventilador Axial (aspirante)

Ventiladores Secundarios

Son instalados generalmente en galerías de ventilación desarrollados para este fin

Son instalados en tabiques de concreto para evitar la recirculación del aire viciado.

Requieren de una excavación especial para los ventiladores y las puertas de control

Ventilador Secundario

Puerta de Ventilación

Abrir una puerta solamente

Ventilador SecundarioTabiques

herméticos

Este ventilador es instalado para ayudar al ventilador primario en controlar la presión y reducir fugas de aire.

Ventilador SecundarioGalerías de salida de aire

Galerías de entrada de aire

Cámaras del Ventilador

Puerta

Centro de Control

Excavaciones para dos ventiladores secundarios

Rotor

MotorCasing

Piso de Galería

Muro

Techo de Galería

Ventilador en una Galería

Ventiladores Secundarios en ParaleloCapacidad: 400 HP cada uno

Cono de Salida

Puerta Manual

100%

0.86mm/sec

22 27

1170

478120

Control del Ventilador

Deben ser instalados en estructuras sólidas para

evitar recirculación de aire contaminado

Reglas para el Uso Eficiente de Ventiladores

La conexión eléctrica del ventilador secundario debe

ser sincronizada con aquella del ventilador primario.

Deben ser ubicados para reducir fugas de aire y

preferentemente en galerías de expulsión

Enseñe a su cuadrilla a utilizar los ventiladores de una

manera segura y eficiente.

Obligaciones del Supervisor

Asegurese que sus obreros tienen todas las herramientas de trabajo y saben operarlas correctamente

Para cumplir con este objetivo, siga estas reglas:

Inspeccione las partes móviles del ventilador personalmente

Si encuentra algún defecto, corríjalo inmediatamente.

Use los 5 sentidos: vista, olfato, oído, tacto, y gusto.

VENTILADORES AUXILARES

Diseño del Sistema - Principios Básicos

Introducción

Utilización de Ventiladores Auxiliares

Seguridad y Mantenimiento

Conclusiones

El sistema consiste de un ventilador, acoples y ductos

de ventilación. Es usado para ventilar frentes ciegos.

Introducción

Un sistema de ventilación auxiliar consiste de un ventilador, acoples y ductos o mangas

Es el único medio disponible para suministrar de aire limpio a frentes o topes aislados

La energía consumida por estos ventiladores puede ser igual que aquella consumida por los ventiladores primarios

Por esta razón la selección del ventilador es importante

Diseño del Sistema – Principios Básicos

Frente

Caudal Requerido, Qo

Ventilador Auxiliar

Manga de VentilaciónLongitud, L1; Diam, D

L2

Caudal suministrado, QF; Caída de Presión, H

Principio Básico: QT ≥ 1.5 QF

QT

L3

El diseño incluye la estimación de: (1) caudal requerido en el frente, (2) presión desarrollada por el ventilador y (3) potencia del motor

Utilización de Ventiladores Auxiliares en Trabajos de Desarrollo

Ventilador Auxiliar

Ducto de Ventilación

Entrada de Aire

Salida de Aire

Diseño del Sistema – Principios Básicos

El caudal es calculado en función del volumen de contaminantes generados en el frente y los limites permisible de estos (TLV)

Estimación del caudal, presión y potencia del ventilador

La presión es calculada utilizando la ecuación de Atkinson al sistema de ductos únicamente

Principio básico: Caudal en galería primaria (QT) debe ser de 1.5 a 2 veces el caudal requerido (Qo)

Diseño del Sistema

La ecuación de Atkinson (en Unidades Inglesas):

QRH L

2A2.5

..3

LPerKR

Donde: HL = Caída de energía

R = Resistencia del ducto * E-10Q= Caudal del ventilador K = Coeficiente de fricción* E-10Per = Perímetro del ductoL = Longitud del ducto A = Área transversal del ducto

Utilización Eficiente de Ventiladores Auxiliares

Para reducir costos y evitar perdidas en el avance por falta de aire, es necesario contar con un plan completo del proyecto

Usado para ventilar galerías de longitud moderada

Frente

(de dos cuerpos)

Ducto flexible (manga)QT

Ventilador auxiliar: 2 x 75 HP30 p

50 p

Utilización de Ventiladores Auxiliares

Vent 1

Ducto Rígido Manga

Empalme D

30 p

MotorMotor

Vent 3

Vent 2Frente

QT

30 p

Ventiladores 1 y 2 de capacidades mayores que ventilador 3

Túneles largos son desarrollados usando varios ventiladores en un sistema soplante-aspirante combinado

Ventilación de Túneles Largos

Problemas Comunes:

Para evitar estos problemas el sistema aspirante debe tener una capacidad mayor que la del sistema soplante

Es necesario mantener una distancia de empalme de 30 pies entre ambos sistemas

Fugas de aire

Recirculación de contaminantes

Además, estos sistemas requieren de la utilización de ventiladores secundarios y ductos rígidos

Vent 1

Manga

Empalme D

30 p

MotorMotor

Vent 3

Vent 2Frente

QT

30 p

Ventilación de Túneles Largos

Ducto Rígido

Ventilador Secundario

Utilización de Ventiladores Auxiliares

Detalles de un ventilador secundario

Vent 1 Empalme D

30 p

MotorMotor

Vent 2Frente

QT

30 p

ReductorVentilador Secundario

Ducto Rígido Ducto Flexible

Dirección del flujo

Ventilador de 2 fases para ventilación auxiliar

Este ventilador de 480 V y 2 cuerpos (fases) puede ser

utilizado para ventilar desarrollos largos.

Eficiencia de un ventilador

Eficiencia Mecánica:

Donde:

Eficiencia Volumétrica:

6350QH

HP T

a

100*BHP

HPa

100**

Q

QF

V

Esta eficiencia es definida como el cociente del caudal distribuido al frente, QF sobre el caudal suministrado por el ventilador, Q

La diferencia QT - QF, representa la fuga de aire, (QL).

Ejemplo Numérico

Problema:Una galería es desarrollada usando métodos convencionales de perforación y voladura.

Problema: determinar la presión (caída total) y la potencia del ventilador

La galería tiene las siguientes dimensiones: alto =17 p, ancho = 17 p, y longitud = 1300 p

La galería puede ser ventilada usando mangas de 42 pulg. de diámetro. El caudal requerido es 50,000 p3/min.

Problema: determinar la presión y potencia del ventilador auxiliar

Ejemplo Numérico

Representación Grafica del Problema:

Frente

Qo = 50,000 p3/min

Ventilador Auxiliar

Manga de 42 pulg.

Longitud: 1300 p

L2

QT

L3

Ejemplo Numérico

Frente

Qo = 50,000 p3/min

Solución:

Manga de 42 pulg.

Longitud: 1300 p

L2

QT

L3

Para: A = 9.6 p2; Per = 11 p; L = 1300 p; K = 12 E-10

R = 37.3 E-10 (ecuación 2)

1. Resistencia del ducto:A2.5

..3

LPerKR

Ejemplo NuméricoSolución:

1. Resistencia del ducto: R = 37.3 E-10

2. Caída estática: Para la resistencia anterior y un caudal de 50,000 p3/min

3. Caída de velocidad:

HL = 9.3 pulg. H2OQRH L

2

V = 5200 p/min; w = 0.075 lb/p3 → HV = 1.7 pulg. H2O

2

1098*

VwH v

4. Caída de energía: HT = 11.0 pulg. H2O (ecuación 3)

5. Potencia: HPa = 87 HP (ecuación 5)

Ventilador Auxiliar- 2 x 75 HP de Potencia para Problema 1

Instalación de un Ventilador Auxiliar

Ventilador Auxiliar- 2 x 75 HP de Potencia para Problema 1

Problemas Comunes y Soluciones

Recirculación de Contaminantes

Fugas de Aire

Instalación Inadecuada del Sistema

Estos problemas varían desde el diseño del

sistema hasta la operación del mismo

Los problemas mas comunes son:

Recirculación de Contaminantes

Un ventilador sobredimensionado o mal ubicado pueden contribuir a la recirculación del aire

cambio en la dirección de aire cambio de temperatura del aire, y cambio en la composición del aire, a veces

detectado por un olor distinto (H2S y NOX)

El problema es caracterizado por tres cambios en el sistema:

Solución: Cambie el ventilador por otro mas adecuado

Principio Básico: QT ≥ 1.5 QF

Fugas de Aire Limpio

Las fugas pueden ser identificadas por la escasez de aire en el frente de trabajo que no mejora con la capacidad del ventilador

Estas son resultados de una mala instalación de acoples, reductores y otros accesorios

Estos problemas pueden ser resueltos utilizando reductores y acoples prefabricados y estableciendo un programa riguroso de mantenimiento de ductos

Instalación Inadecuada del Sistema

Los efectos son identificados por fallas frecuentes

del ventilador, rotura de alabes, y perdidas elevadas

de energía por fricción y choque.

Solución: los ductos deben ser alineados con el eje de la excavación y provistos de accesorios aero-dinámicos para cambios de dirección o velocidad

Otro aspecto: es el de proveer a la galería con un nicho especial para la instalación del ventilador

Seguridad y Mantenimiento

Un sistema de ventilación inadecuado puede traer muchos problemas que podrían afectan la salud de los trabajadores negativamenteFactores críticos de seguridad:

Instalación del Ventilador

Instalación de Ductos y Mangas

Conexiones Eléctricas

Presión y Velocidad de Descarga

Inspección y mantenimiento

Seguridad y Mantenimiento

el ventilador es generalmente suspendido por medio de cables metálicos de pernos anclados en el techo

Instalación del Ventilador

(uno para cada extremo de la carcasa)

Para la instalación es necesario utilizar dos cables independientes de ¼” de diámetro

Instalación del Ventilador Auxiliar

Es necesario instruir al trabajador sobre los peligros eléctricos y los procedimientos de operación

Vista Frontal Vista Lateral

MangaPernos

Cables o cadenas

Conexión Eléctrica

Instalación de Ductos y Mangas

En galerías, estos deben ser suspendidos de cables extendidos entre apoyos anclados en el techo

Mangas suspendidas de un cable mensajero

Cable Mensajero Perno de anclaje

Instalación de Ductos y Mangas

Ventilación auxiliar en una galería de desarrollo

Manga de ventilación en un sistema soplante

Inspección y mantenimiento

El sistema debe ser inspeccionado por fallas en el

funcionamiento de partes periódicamente.

Trabajos Específicos:

Con el ventilador en operación: Vibración anormal, Ruido exagerado, y Estado de partes eléctricas

a) Inspección del Ventilador

Con el ventilador apagado: Investigar las actividades afectadas por la interrupción (Evacuación?)

Inspección y mantenimientob) Inspección del Ductos

Presencia de codos agudos, retorcimiento de ductos, y reducciones inadecuadas.

Los codos deben ser reemplazados por otros fabricados para este efecto.

Si los ductos muestran perforaciones o cortaduras, estas deben ser remendadas o reemplazados

Presencia de fugas de aire. Las fugas son perdidas innecesarias de aire.

Por seguridad, uno debe apagar y asegurar el interruptor antes de realizar cualquier trabajo de reparación.

Conclusiones

1. La utilización de un ventilador auxiliar requiere de un diseño compatible con la ventilación primaria y una instalación adecuada.

Es necesario seleccionar el ventilador para la situación más desfavorable

Principio Básico: QT ≥ 1.5 QF

2. Para el diseño es importante conocer los siguientes parámetros: el caudal requerido en el frente, y las dimensiones del ducto

Conclusiones

3. Un sistema soplante-aspirante combinado es generalmente adoptado para completar excavaciones o desarrollos largos

Para superar estos, es importante tener un buen diseño, una buena instalación, y un buen programa de mantenimiento

El sistema requiere de una buena combinación de ventiladores

4. Problemas comunes: recirculación, fugas de aire e instalaciones inadecuadas

72

Ventilación Auxiliar

Normalmente se presta la atención insuficiente al planeamiento y mantenimiento de sistemas de ventilación secundarios en las minas.

Es muy importante este control.

73

Ventilación Auxiliar

Selección del tipo de ducto y del ventilador son factores muy importantes en el sistema de ventilación.

La ubicación del ventilador y la ubicación de la manga de ventilación (número de ventiladores y ubicación).

Tipo de manga usada, rígido o flexible.

74

Pérdidas en los Sistemas de Mangas de Ventilación

Vutukuri-el k ave = 0.0038 kg/m3

COMRO -Fibra de vidrio = 0.0030 kg/m3 -Acero = 0.0028-0.0041 kg/m3 -Flexible = 0.0124-0.0152 kg/m3 -Extrem. Flexible = 0.0147-0.0166 kg/m3

75

Pérdidas en los Sistemas de las Mangas de Ventilación

-Acero = 0.0016-0.0032 kg/m3. -Flexible = 0.0057-0.0234 kg/m3. -Extrem. Flexibles = 0.0034-0.0097 kg/m3.

76

Representación de la Red de un Sistema de Ducto Auxiliar

77

Resistencia por Fugas

Vutukuri:

Bueno-Rl (Ns2/m8)/100m = 40,000/D2

Regular -Rl (Ns2/m8)/100m = 10,000/D2

Pobre-Rl (Ns2/m8)/100m = 4,444/D2

Malo-Rl (Ns2/m8)/100m = 2,500/D2

Calizaya:

Rl (Ns2/m8)/path = 10,000-40,000 Ns2/m8

78

Resistencia por Fugas - Medidas

Ducto de Acero :

Excelente-Rl (Ns2/m8)/100m = 120,000/D2

Bueno-Rl (Ns2/m8)/100m = 60,000/D2

Malo-Rl (Ns2/m8)/100m = 290/D2

Ducto de tejido:

Promedio-Rl (Ns2/m8)/100m = 200/D2

Malo-Rl (Ns2/m8)/100m = 40/D2

79

Fugas en Ductos Continuados.

La Ecuación de Woronin:

2

0

i

3

d

l

1 - Q

Q 3

100

L R

R

Donde: Rl es la resistencia en el acceso por fuga por 100 m (Ns2/m8), Rd es la resistencia del ducto por 100 m (Ns2/m8), Qi es la cantidad aire ascendente (m3/s), Q0 es la cantidad descendente (m3/s) y L es la longitud del ducto.

Diseño de Sistemas de Ventilación

Diseño de un Sistema de Ventilación

Sistema de Ventilación

Simuladores de Ventilación

Sistema de VentilaciónObjetivo: Proveer de aire limpio a todos los lugares de

trabajo (topes, talleres, etc.)

Para alcanzar este objetivo es necesario:

Establecer entradas y salidas primarias

Determinar los caudales requeridos (Qo)

Formular una red de ventilación

Resolver la red y determinar un sistema económico de ventilación.

Sistema de Ventilación

En una mina, el sistema consiste de:

Entradas y Salidas Principales

Ventiladores Primarios

Galerías y chimeneas de distribución

Controles de Ventilación

El sistema debe tener por lo menos dos accesos

desarrollados directamente de la superficie

(Ventiladores auxiliares, reguladores, etc.)

Sistema de Ventilación Primaria

8

7

6

13

12

9

Tope B

Tope A

Tope C

1

2

5

Pozo de Entrada

Salida de Aire

Ventilador Primario

4

10

3

14

11

Ventilador Secundario

Muro y Regulador

8

7

6

13

12

9

Tope B

Tope A

Tope C

1

2

5

Pozo de Entrada

Salida de Aire

Ventilador Primario

44

1010

3

1414

1111

Ventilador Secundario

Muro y Regulador

Sistema de Ventilación

En un sistema, casi todas las excavaciones

(galerías, pozos y rampas) son utilizadas para

circular el aire de la mina.

Al diseñar, uno debe responder estas preguntas:

Dadas las dimensiones de los pozos y galerías de

ventilación, es posible predecir la distribución del

aire en la mina?

Si los caudales mínimos fueran especificados, es

posible determinar la capacidad de un ventilador?

Estimar Qo

Diseñar el Sistema de Ventilación

Resolver la red de ventilación

Examinar tamaño de ventiladores

Sistema Optimo

Recopilar Datos

Modificar Diseño

Es económico el sistema? Procedimiento

para diseñar un sistema de ventilación

Diseño Económico de Pozos de Ventilación

Todos las excavaciones, pozos, galerías y rampas son usadas para conducir el aire

En zonas de producción, la sección de estas es determinada por el tamaño de equipos utilizados

En circuitos de ventilación, El tamaño de los pozos es determinado en base a la velocidad máxima.

El caudal Qo es determinado en función de los contaminantes generados y los TLV de estos.

El método de explotación es también otro factor.

El caudal total es obtenido corrigiendo el caudal requerido por el “factor de fuga”.

Caudal del Aire Requerido

En minas metálicas este factor varia de 1.20 a 1.30

La distribución depende mucho de la geometría de la red de ventilación

En algunos casos, las zonas actividades están concentradas en una región (con pocas perdidas)

En otros casos, las actividades están esparcidas en varias zonas (con fugas considerables)

Distribución del Caudal

Es necesario controlar estas perdidas de aire.

Ventilación de una Mina de Hundimiento

Socavación

Producción

Ventilación

Transporte

Control

Extracción Principal

SVD NVDV/R

O/P

CRS

Mina DOZ – Seccion Típica de Niveles de Trabajo

Ejemplo: Requerimientos de Aire Limpio para una Mina de Hundimiento

Actividad Qo, kp3/min

Desarrollo y hundimientoProducción y oficinas

Reducción, transporte, trituración, talleres

Extracción y otros

Caudal ideal. Qo

178.0 685.0

552.0

237.0

1652.0

(Qo para una producción de: 30,000 tpd)

QT de Diseño (* 1.25): 2065.0

Diseño Económico de Pozos

Entradas y Salidas Principales:

• En teoría, el diámetro es calculado mini-mizando una función de costos. En la practica, este parámetro es determinado por la maquinaria disponible.

• Si bien el costo de capital puede ser obtenido de contratistas, el costo de operación es estimado generalmente.

Diámetro Optimo, D:

Donde (dimensiones en UI):

(pies)

Cc es calculado en función de interés y tiempo (i, n)

Diseño Económico de Pozos

Co = C. Operación, $/hp/año

K = Constante de fricción

L = Longitud física

Le = Longitud equivalente

Q = Caudal de Aire

η = Eficiencia total

Cc = Costo de capital/año

Ce = C. excavación, p3/año

7

3

4

***

*)(****27.6 10

LCeCc

LeLKCoD

Q

Datos Requeridos:

Costo de energía: Costo de excavación: Vida útil: Longitud: Eficiencia del Vent:

Caudal total:

7

222

15

2300

70

1032

c/kWh

$US/yd3

Años

pies

%

kp3/min

Otros: K = 54 *E-10 lb.min2/p4, Interés = 10 %

Dimensionado de un Pozo (Ejemplo)

Cc = C. de Capital

Co = C. de Operación

CT = Costo total

Detalle de Costos

D. Optimo: 21.9 pies

0.0E+00

1.0E+06

2.0E+06

3.0E+06

4.0E+06

5.0E+06

6.0E+06

7.0E+06

8.0E+06

10 14 18 22 26

Diametro, p

Costo

anua

l, UU$ CT

Co

Cc

Diseño Económico de dos Pozos

Q/pozo: 1032 kp3/min

Longitud: 2300 pies

DiámetroOptimo

Velocidad: 2700 p/min

Profundización de un Pozo usando Alimak

Simuladores de Ventilación

Hoy en dia, los estudios de ventilación son realizados usando simuladores numéricos

VNETPC, EE.UU.Simuladores Comunes:

VENTSIM, Australia VUMA, Sud África

Todos trabajan sobre los mismos principios.

Resolviendo ecuaciones cuadráticas por un método

iterativo desarrollado por el profesor Hardy Cross.

Dada la geometría de una mina, el simulador es usado para resolver su red de ventilación

Información global de la mina

Una red de ventilación

Para resolver un problema, el simulador requiere de los siguientes datos:

Simulador de Ventilación (VNETPC)

Un Resumen de Resistencias y

caudales requeridos

Datos del Ventilador (ubicación y tamaño).

Simulador de Ventilación (VNETPC)Datos de Entrada

Red de Ventilación

Resistencias, Qo’s

Datos del Ventilador

Resultados - Tamaño del Ventilador

No. Presión, kPa Caudal, m3/s Potencia, kW1 2.5 190.0 460

Ejemplo Numérico

Resuelva la siguiente red:

8

7

6

13

12

9

Frente - 12120.kcfm

Frente - 780.kcfm

Frente - 3100.kcfm

1

11

2

5

Pozo de Entrada

Salida

Ventilador

4

14

10

17

5

9

10

14

16

13

15

4

2

1

11

8

6

Frente de TrabajoMuro o puerta

1 Numero de Ramal

3

Ejemplo Numérico – Lista de Resistencias

0.017306109

0.000001411170.03460988

0.01000115160.88270877

3.00000109150.01730766

0.01730102143.00000525

0.01730913130.01730544

0.882701312120.88270433

0.03460126110.01730322

0.0273095100.01000211

R, P.U.ADeNo.R, P.U.ADeNo.

(Resistencia de Ramales)

R = Resistencia en Unidades Practicas, P.U

Ejemplo Numérico – Resultados Preliminares

Caudales, kcfm

Ventilador Primario

Ventilador Secundario

Capacidad de Ventiladores

P de Ventiladores Secundarios

P del Ventilador Primario (10 “H2O)

Ejemplo Numérico – Resultados Preliminares

Solución Inadecuada

Resultados para Capacidad Corregida

Regulador

Ventilador Primario

Caudales, kcfm

Capacidad de Ventiladores

Sin Ventiladores Secundarios

P del Ventilador Primario (24 “H2O)

Ejemplo Numérico – Resultados Preliminares

Solución adecuada

Ejemplo Numérico – Resultado Final

Datos del Ventilador

Ejemplo Numérico – Resultado Final

2 Ventiladores

1 Ventilador

Punto de Operación

Caudal del Ventilador, p3/min x 1000

Pote

ncia

del

Mot

or, H

P

Pres

ión

Está

tica,

pul

g. d

e H

2O

20

16

12

8

Característica de la Mina

Ejemplo Numérico – Resultado Final

0

5

10

15

20

25

30

35

0 200 400 600 800

Quantity, kcfm

Hea

d,i

n.w

.g.

2 Ventiladores

1 Ventilador

Punto de Operación

Caudal, pc/min x 1000

Pres

ión,

“H

2O

Diagrama de Caudales, pc/min x1000

Resultados del Simulador

Ramales de Caudal Fijo

Resultados del Simulador

Capacidad del Ventilador

450-subsidence line 4.5 km x 2.9 km

1100m

orebody 400m

Intake shafts

Return shafts

Sistema de Ventilación para Minas Profundas

Pozos de Salida

Cuerpo de Mineral

Pozos de

Entrada

Ventilador Primario (Tipo Axial)

Ventilador Primario (Tipo Centrifugo)

¡Gracias por su atención!

115

116

Sistemas Distritales - Sistema de Tubo en U

117

Ventilacion Distrital – A través de Sistema de Flujo

118

Análisis de Redes de Ventilación

La predicción de la demanda de ventilación, el sistema de ventilación subterránea es modelado por computadora.

Respecto al error de computo entre la distribución de aire medido y el predecido, el modelo correlacionado.

119

Análisis de Red de Ventilación - 1

Marcar los datos de estudio en los mapas de la mina. Repase los datos y realice el balance de flujos de aire y

caídas de presión usando las Leyes de Kirchhoff. De los datos medidos descartar o cambiar los que son

innecesarios por descarte estadístico. Desarrolle un diagrama de la línea o esquemático del

sistema de ventilación. Este usualmente no es a escala y puede ser hecho por un software de planeamiento de mina o Vnet PC con un archivo DXF.

120

Análisis de Red de Ventilación - 2

Al construir el diagrama esquemático recuerde : Asigne los números a cada nodo. Incorpore un nodo de la superficie por las razones

gráficas. Asegúrese que la red es fácil de entender y

aproximadamente siga el diseño de la mina general. Es importante incluir las vías de aire principales, sin

embargo, normalmente no son incluidos sistemas de ductos y las galerías de avance inactivas.

121

Análisis de Red de Ventilación - 3

Al desarrollar el esquemático tener en cuenta el desarrollo futuro de las labores que puedan ampliar la mina.

Coordine estrechamente con el área de planeamiento de minado y personal de la producción para la optimización del sistema de ventilación.

122

Correlación de la Red de Ventilación

La hoja de datos de campo elaborada tiene que ser necesariamente verificada como datos simulados del programa Vnet PC 2003.

El programa Vnet PC 2003 usa la correlación del el modelo básico con la verificación de la mina.

123

Correlación

La correlación se define como sigue:

Una buena correlación de flujo de aire debe estar debajo del 10% lo cual puede ser un desafío en una mina compleja.

Flow MeasuredTotal

Flow PredictedFlowMeasured

absnCorrelatio

Ejemplo de VnetPC 2003

125

126

Principios de Planeamiento de Ventilación de Mina

Establezca los factores medioambientales. Justifique los parámetros de diseño. Determine el estado de sistema de ventilación

presente. Desarrolle los requerimientos de ventilación

futuras. Analice las recursos alternativos de

ventilación.

127

Establezca los Parámetros Medioambientales

La temperatura. Consideraciones de polvo y gas. La velocidad permisible (máximo y minimo). El sitio las condiciones específicas del lugar. ¿Los parámetros pueden suspenderse

temporalmente?.

128

Justificación de Parámetros de Diseño

El impacto ambiental de fuerza laboral. Estar de acuerdo en el diseño de los

parámetros, dirección, ingeniería, y operaciones.

129

Determinación del Sistema de Ventilación Actual

Estudios de Ventilación. Chequear el rendimiento de los ventiladores

principales. Tener en cuenta las sugerencias

/retroalimentación de los trabajadores mineros.

130

Desarrollo de los Requerimientos Futuros de Ventilación

Establezca el horario. Cantidad de aire necesario para cada área

de trabajo. ¿ Que pasa si ………?

NO

SI

NO

SI

NO

SI

ESTUDIO DE VENTILACION

ESTABLECIMIENTO DE VOLUMENES DE AIRE

REQUERIDO Y VELOCIDADES

RED BASICA

SIMULACION COMPUTARIZADA

PREDICCION DE LA DISTRIBUCION DEL FLUJO

DE AIRE, PRESION Y COSTOS DE OPERACION

¿CRITERIO DE VENTILACION

SATISFECHO ?

¿ VIAS DE FLUJO DE AIRE Y

VENTILADORES OPTIMIZADOS ?

ENMENDAR RED BASICA

¿ BUENA CORRELACION ?

EJERCITAR EL PLANEAMIENTO CON

RED ACTUALIZADA

OPTIMIZACION DE VENTILADORES

PRINCIPALES Y VIAS DE AIRE

SIMULACION A TRAVES DEL CICLO CLIMATICO

SI SE REQUIERE

ANALISIS DE TIEMPO DE FASE EN PROCESO

ANIDADO

132

Planeamiento de Ventilación Futura.

Reporte de un Proyecto Básico del Modelo de Ventilación que represente el desarrollo de la mina a futuro.

Usar lo siguiente:

1.- Medición de factores de fricción de las vías de circulación de aire.

2.- Medición de la resistencia / longitud y longitud de

las vías de circulación de aire.

133

3.- Medición típica de resistencia por controles de

ventilación.

4.- Agregue las pérdidas del choque por las curvas principales, uniones y cambios en el área.

134

Costo de Ventilación Básica

Costo de potencia de los ventiladores principales. Costo operativos de cada vía de circulación de aire. Límites de velocidad de aire. El costo es proporcional a RQ3. Optimizar el tamaño de la vía aérea basado en el

costo del capital para llevar las vías de circulación de aire contra el costo de operación de ventilación.

135

Potencia al Freno del Ventilador

p = presión total del ventilador (kPa). Q = cantidad de aire ( m3/s).

El uso de la eficiencia total del ventilador y motor a determinado kW. Si la eficacia no está incluida, el resultado es POTENCIA DEL AIRE no BHP.

Q p

=Power Input Fan

136

Costo de Potencia

Cost/kWPower BHP =Cost Power

Nota: Usualmente los costos de Potencia se dan en Cost/kWh. Para obtener el BHP será necesario convertir el costo /hr . La obtención de costo / año se obtiene multiplicando el resultado por 8760 (para la operación continua de un ventilador).

138

Límites de Velocidad de Aire Típicos

Airway Velocity (m/s)

Ventilation Shafts Hoisting Shafts Smooth Lined Main Airways Main Haulage Routes Conveyor Drifts Working Faces (Non-Metal)

20 10

8 6 5 4

$ es proporcional a Q3.

139

Requerimientos Típicos de Flujo de Aire

El requirimiento general es que en las áreas donde trabaja el personal, debe proporcionarse volumenes de aire en cantidades que salvaguarden la seguridad ,salud y confort razonable.

Para control de equipo diesel usar la mínima cantidad requerida de 0.8-0.9 m3/s /kW.

El mínimo volumen basado en 0.3 m/s para todas las áreas de trabajo.