Desague de Minas

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PROYECTOS DE REINGENIERIA DE DESAGUES EN MINAS1


Ciclo del agua en la naturaleza

El agua procedente de las precipitaciones atmosfricas se reparte en tres porciones: superficial, que discurre sobre la superficie terrestre y forma los torrentes o ros; de infiltracin, que penetra en el subsuelo y la que se pierde por evaporacin, reintegrndose a la atmsfera.

En este trabajo en mayor medida me voy a referir a:

Agua de infiltracin, la cual procede de las precipitaciones atmosfricas y que penetra en el terreno por gravedad, favorecida por la existencia de grietas o fisuras en las rocas, y por la misma porosidad de los materiales que forman el subsuelo, constituyendo el agua subterrnea.

Agua superficial, que se constituye en lagos, arroyos, torrentes y ros, y que segn su ubicacin nos puede afectar en diferentes medidas a cualquier explotacin minera.2


En el subsuelo, el agua penetra hasta cierta profundidad, en lo que se denomina zona de aireacin, aqu se efectan desplazamientos verticales, bien sea descendiendo por la gravedad o ascendiendo por capilaridad, por lo tanto los poros de las rocas estn parcialmente llenos de agua; esta zona queda limitada por el nivel hidrosttico o fretico, cuya profundidad vara de acuerdo con las precipitaciones atmosfricas, ascendiendo en pocas lluviosas y descendiendo en pocas de sequas.

Por debajo del nivel hidrosttico las rocas estn completamente saturadas de agua, y no se producen desplazamientos verticales de la misma, existiendo por el contrario importantes desplazamientos horizontales, originados por el flujo del agua a los puntos de mnima presin, all donde el nivel hidrosttico aflore en superficie o donde sea cortado por un pozo; esta es la denominada zona de saturacin.

De todas formas, los desplazamientos horizontales del agua, en la zona de saturacin cesan a cierta profundidad, variable segn la naturaleza del terreno, por debajo de la cual el agua est inmovilizada, empapando las rocas del subsuelo, en la zona de estancacin (Figura 1).3


Figura 1: Vista de las diferentes zonas por donde discurre el agua en el subsuelo.4


Las cuencas hidrolgicas subterrneas, salvo casos excepcionales, no coinciden con las cuencas hidrogrficas superficiales, porque de una manera general, los accidentes topogrficos no reflejan ni la estructura del subsuelo, ni la disposicin de los estratos impermeables o accidentes tectnicos ocultos.

Independientemente, el nivel fretico local se acomoda al relieve topogrfico, situndose a mayor profundidad en las elevaciones del terreno y aflorando en los valles por donde circula el agua superficial. Experimenta variaciones estacionales, elevndose en las pocas de lluvias y descendiendo en los periodos de sequa, aunque de hecho, las alteraciones del nivel fretico tienen lugar con un retraso de un par de meses en relacin con las precipitaciones.

Por lo tanto el agua puede llegar a convertirse en un problema importante en el diseo de una explotacin minera, bien sea de interior o a cielo abierto; de igual forma que se realiza un estudio geolgico del yacimiento para calcular y conocer la disposicin de las reservas a explotar, encaminado bsicamente para el diseo del mtodo de explotacin mas adecuado para extraer el mineral con los menores costes posibles; 5


a la vez se realiza un estudio hidrogeolgico minucioso de los acuferos situados al techo del yacimiento, teniendo en cuenta la pluviomtria o rgimen de lluvias de la zona para poder valorar los sistemas de desage que sean mas adecuados para no perjudicar los trabajos normales de explotacin.En cualquier explotacin minera el agua va a representar como se ha dicho anteriormente un factor muy importante a tener en cuenta, y dentro de las dos porciones que nos van a afectar mas, podemos distinguir que el agua de infiltracin o subterrnea, nos puede afectar tanto a la minera a cielo abierto como a la de interior, con la diferencia que en la minera a cielo abierto siempre ser mas fcil su extraccin y el agua superficial siempre nos va a afectar en mayor medida a la minera a cielo abierto que a la de interior.6


Agua en la minera subterrnea

Es indudable que cada ao se extraen muchos miles de millones de productos minerales y para ello, tienen que extraerse grandes cantidades de agua para obtener estos resultados; agua que de no ser extrada hara imposible el trabajo en la mina.

Cada ao se invierten cantidades ingentes de dinero en la realizacin de nuevos proyectos mineros, uno de los requisitos ms importantes para obtener el mximo rendimiento de estas inversiones es que se utilicen las tcnicas ms avanzadas y los equipos ms eficaces, y por supuesto en ello se incluyen la evacuacin del agua que se genera en las explotaciones.

Las fallas naturales o las grietas producidas por las explotaciones rompen la continuidad de los mantos impermeables y son el camino de entrada de las aguas, pero el agua ms corriente en las minas profundas procede de niveles acuferos subterrneos, aunque excepcionalmente pueda una grieta dar entrada a aguas superficiales directamente.7


La mayora de las rocas son impermeables y las grietas que en ellas se produzcan suelen impermeabilizarse pronto. Naturalmente las rocas porosas son un peligro, y las calizas, al formar cavidades con almacenamiento de aguas, tambin. En las minas de sales el peligro del agua es mucho mayor y por ello se dejan fuertes macizos e incluso se rellenan con relleno hidrulico para cerrar el paso a posibles entradas de agua.

Las medidas para evitar o disminuir la entrada de aguas en la mina pueden realizarse dentro de la mina o exteriormente a ella; entre las medidas de exterior est el estudio detallado de la hidrologa superficial y subterrnea, con el fin de regular o impermeabilizar los ros, arroyos, etc. Desecar zonas pantanosas y drenarlas, captar mantos acuferos con pozos y sondeos a menos costo que el desage a gran profundidad.

Las medidas de interior pueden ser: el revestimiento o encubado de pozos, el relleno, los macizos de proteccin, la cementacin y los cierres y diques para aislar las aguas; todas ellas entraan mltiples dificultades y al final siempre hay una parte importante de agua que hay que bombear al exterior.8


Lo verdaderamente peligroso son los rompimientos sbitos de fuertes avenidas o inundaciones directas, que pueden anegar toda la mina y ponerla en peligro. Las lluvias solo repercuten en minas de poca profundidad y normalmente con un retraso de unos meses, se puede considerar que a profundidades mayores de 500 metros no afecta a la curva de desage. La circulacin del agua en el subsuelo es lenta, menor de 3 metros por hora.

De aqu la importancia de disear una buena red de desage, que en definitiva lo que persigue es la eliminacin del agua de las minas por dos procedimientos: tomando medidas para que no entre en ella, mediante la creacin de canales perimetrales, impermeabilizacin e incluso desvos de cauces. (lo veremos mejor en la minera a cielo abierto)

bombendola fuera de la mina.9


Antecedentes de bombeo y desage en minas subterrneas

Una tarea fundamental en la explotacin de minas lo constitua la extraccin de las aguas que se generaban en el interior, se tiene conocimientos de laboriosos mtodos utilizados para la extraccin, en la poca romana este problema se solucion mediante la construccin de galeras de drenaje (a veces de varios kilmetros de longitud) que exigan un buen estudio topogrfico y maquinaria como la noria, el tornillo de Arqumedes o la bomba de pistones (Figura 2).

Figura 2: Ejemplo de Tornillo de Arqumedes.10


En la poca medieval se solucionaba el problema mediante la conduccin de las aguas por las galeras mediante cunetas a unos depsitos de recepcin en zonas determinadas, siempre en las zonas mas bajas de la mina; y el desage se realizaba mediante tornos de mano para subir las zacas, que eran bolsas de cuero capaces de transportar entre 100 y 120 Kgrs, se estableca as un sistema que divida el recorrido ascendente del agua en tramos, de modo que cada 20 30 metros haba un equipo formado por dos o cuatro tiradores que movan el torno, un charquero que era el que llenaba la zaca en el fondo del pozo, y un amainador que la vaciaba (Figura 3).11


Figura 3: Desage de labores mineras con tornos de mano y zacas.12


A continuacin se implant una nueva tcnica de origen alemn, que consista en el achique de agua mediante el mtodo de bombas aspirantes, que eran accionadas mediante una palanca o balancn que daba movimiento al mbolo, y su ejecucin, igualmente penosa, estaba encomendada a operarios denominados bomberos. La mayor eficacia de este sistema se vio en parte menoscabada por su deficiente construccin en madera de roble, lo que propiciaba frecuentes averas. Las bombas aspirantes estaban situadas de manera escalonada para formar un cuerpo de bombas capaz de subir el agua desde lo ms hondo de la mina hasta la superficie.

Hubo momentos en que coexistieron los dos mtodos, y a la vez se produjeron numerosos ensayos, pero sin xito, hasta que a comienzos de 1800 se sustituy por completo el sistema de bombeo por bombas de aspiracin, por la mquina de vapor bien llamada bomba de fuego, la cual en superficie generaba una energa potencial mediante la quema de madera en su caldera, y se estableca una conexin hasta el depsito mediante la prolongacin de tubos, no se ajustaba el mtodo a los esquemas de bombade simple efecto inventada por Watt, pero serva para extraerle agua desde el interior, este mtodo funcion hasta finales del siglo XIX (Figura 4).13


Figura 4: Corte vertical de una mquina de vapor.14


La mquina de vapor, bsicamente consista en una caldera que, mediante un tubo, comunicaba con un cilindro/pistn unido a uno de los extremos de una gran va basculante de madera o balancn, cuyo extremo accionaba una bomba de agua. El vapor procedente de la caldera empujaba el pistn hacia arriba hasta la posicin superior; en ese momento, se proyectaba dentro del cilindro, un chorro de agua fra que enfriaba y condensaba el vapor, creando un vaco en su interior. Entonces el vaco creado, no contrarrestaba la presin atmosfrica en la otra parte del mbolo y por ello empujaba el pistn haca abajo arrastrando su lado de la viga y por ende, su otro extremo suba accionando la bomba la cual extraa el agua.15


Bombeo y desage en minas subterrneas

La capacidad de bombeo requerida en las minas subterrneas vara considerablemente. En algunas minas, debe depurarse el agua usada y ser reciclada para atender las necesidades operativas del resto de instalaciones y reducir los costes. En otras, por el contrario, se han de bombear millones de litros de agua cada da de cada ao, es indudable que el tamao e infraestructura de mina va a ser un factor muy a tener en cuenta, y desde luego los grandes avances que han ido apareciendo para esta actividad.

El agua que tiene que ser extrada de las minas no es H2O pura, contiene tanto:

Partculas slidas, entre las que se incluyen finos procedentes de la perforacin, grandes partculas abrasivas y varios tipos de lodos que pueden resultar dainos para los equipos que se utilicen para su extraccin.

Productos qumicos, que se encuentran disueltos en el agua de mina, estos productos producen un agua altamente corrosiva que igualmente pueden afectar gravemente a los equipos de bombeo.16


El diseo de la red de bombeo o desage de una mina subterrnea, va a ser muy variable con el transcurso del tiempo, ya que el diseo de una explotacin en origen va ser muy definido, pero con el paso del tiempo y con la ampliacin del campo de explotacin, esta red tendr que variar ya que comenzar a variar tanto la longitud de las galeras como la profundizacin, por lo tanto en cada planta habr un depsito general, y de este en un momento dado ser desde donde se bombear al exterior, pero puede ser que con el paso del tiempo pueda dejarse de bombear al exterior y pueda servir de depsito secundario para bombear a otro principal y si este se sita a una cota inferior solo por una conduccin por gravedad pase el agua del uno al otro.

Podemos en cada caso atender a diferentes tipos de bombeo:17


Desage principal

La recogida y extraccin de las aguas constituye la instalacin de desage propiamente dicha, en trminos generales el agua se recoge en las galeras, en cunetas practicadas a piso en la base de uno de los hastales que conforman la galera, lo normal es que vayan hormigonadas y con una pendiente mnima de 1 por 1000, y dirigida esa pendiente hacia unas galeras colectoras que normalmente estn situadas unos 4 metros por debajo del piso de la llamada sala de bombas, incluso se puede recoger el bombeo de otras zonas de la mina y se conduce esta agua a este nivel mas bajo de bombeo general.

Para determinar el volumen de estas galeras colectoras hay que conocer el sistema de funcionamiento del desage, y este va a depender del caudal de aporte y si las bombas van a funcionar con o sin interrupcin, en principio seria conveniente que las bombas trabajasen a un turno donde haya menor consumo de energa, por lo tanto el volumen de las galeras necesita una capacidad para recoger el caudal de agua de las restantes horas de desage parado.18


En rgimen normal debe de haber dos galeras, una en funcionamiento y otra en limpieza y reserva, sabiendo que una de las funciones que cumplen estas galeras es la servir de decantacin para el agua que llega; estas se disponen simtricas con relacin a la sala de bombas y se comunican con ellas por pocillos verticales por los que baja la tubera de aspiracin, que termina en la alcachofa rodeada de una envoltura de tela metlica para evitar la entrada de elementos que puedan fastidiar la bomba.

Las salas de bombas son galeras ensanchadas y revestidas de hormign, deben tener un puente gra para mover las piezas pesadas con la mayor facilidad posible, y sobre todo deben estar bien ventiladas, ya que los motores que alimentan dichas bombas desprenden mucho calor; lo normal es que se construyan en zonas muy cercanas a los pozos o planos de bajada a la mina, para utilizar la ventilacin limpia que entra del exterior y tambin para la colocacin de la tubera de salida al exterior.

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Las bombas principales de desage prcticamente todas son centrifugas y alimentadas con motores elctricos, son bombas de varios rodetes o pisos de presin, cada rodete equivale a 70 150 metros de altura de agua, por lo tanto para el clculo de la bomba a colocar en el desage principal de la mina habr que conocer el caudal de aporte, la altura a la que haya que subir el agua al exterior y las prdidas de carga (Figura 5).

Figura 5: Vista del diseo de sala con tres bombas principales de bombeo.20


Desage secundario o auxiliar

Este es que se utiliza para enviar el agua a las galeras colectoras principalmente, aunque en algunos casos segn al nivel que se realiza lo hacen directamente al exterior, este es muy variable tanto en caudal como la ubicacin, por lo tanto las dimensiones de estos depsitos van a ser muy variables y no con tanto detalle en su construccin como los anteriormente descritos; e igualmente el tipo de bombas utilizadas sern muy amplio dentro de las que existen en el mercado dependiendo de la cantidad de agua a desagar, su calidad, etc; adems si es conveniente que sean sumergibles, si tienen que estar alimentadas elctricamente o por aire comprimido. Estos equipos pueden ser atendidos por alguna persona o incluso se pueden accionar de forma automtica mediante la colocacin de un sistema de control de nivel.

A continuacin vamos a ver una serie de posibilades y soluciones que se puedan dar, o casos:21


Bombeo por etapas con bombas pequeas, que normalmente son sumergibles, y que se utilizan para mantener el agua fuera de los frentes de trabajo y para el transporte a estaciones de bombeo secundarias o principales, siempre en el mismo nivel; ests no requieren mas que un pequeo sumidero para la captacin del agua y pueden ser alimentadas tanto con corriente elctrica como aire comprimido.Bombeo entre niveles, se emplean bombas sumergibles para el bombeo entre uno a varios niveles, a la estacin de bombeo principal mas cercana, puede darse el caso que segn a la profundidad que est situada se bombee directamente al exterior.

Drenaje de pozos y lugares de trabajo., por cuestiones de trabajo y mantenimiento, no se construyen estaciones de bombeo complicadas tanto en los fondos de pozos y planos, como en otro tipo de labores, se constituyen unas estaciones de bombeo que pueden funcionar sin recibir atencin durante periodos de tiempos mas largos que en el caso de instalaciones fcilmente accesibles. 22


La capacidad de bombeo requerida vara segn las circunstancias, debido a que el lodo se acumula en el fondo sin drenaje natural, es por lo que se utilizan bombas especialmente construidas para trabajar con este material (Figura 6).- Es importante tambin comentar que dentro de la infraestructura de la mina, y que segn vaya evolucionando el campo de explotacin, es importante integrar un depsito de almacenamiento de aguas para uso en las mismas labores de interior, bien sean para riegos en los frentes o para alimentar mquinas que precisan dicho elemento para su funcionamiento o refrigeracin, este depsito se ubicar en una zona intermedia a donde se bombear el agua y luego mediante una conduccin de tuberas bajar por gravedad a las zonas de uso.23


Figura 6: Bombas instaladas en una zona de acopio, funcionan mediante sondas de nivel.24


Desage y drenaje en minera a cielo abierto

La procedencia del agua que puede encontrarse en una explotacin a cielo abierto puede ser muy variable:

Aguas de drenaje (subterrneas y pluviales, en funcin de las caractersticas de la explotacin (meteorologa, naturaleza de los acuferos, morfologa de la zona de extraccin, etc).

Captacin de agua subterrnea mediante perforacin.

Captacin de las aguas superficiales (ros u otros cursos de aguas).

La lucha contra el agua lleva implcito un estudio exhaustivo de la explotacin y evitar de la mejor manera posible que el agua entorpezca la marcha normal de trabajo e incluso el peligro que conlleva la irrupcin incontrolada de la misma en la mina, a continuacin vamos voy a exponer una serie de medidas preventivas.25


El drenaje nos va a variar con la extensin de las corrientes de agua y la topografa de la superficie; an en el caso de que el problema del drenaje no sea grave debe prestrsele mucha atencin si la estabilidad de los taludes y pistas resultan afectados por la humedad; en las explotaciones de minerales terrosos y poco consolidados el problema del agua puede ser particularmente grave.Los periodos de sequa traen como consecuencia el endurecimiento de la capa superior del suelo que luego, en caso de fuertes precipitaciones, tiene inicialmente escasa permeabilidad lo que produce dos efectos negativos: el suelo no se infiltra en profundidad y el agua, al no quedar retenida, produce importantes efectos erosivos ya que los torrentes de lluvias siguen las lneas de mxima pendiente provocando prdidas de suelo.

Tambin se puede disminuir la pendiente de las regueras construyendo pequeos diques transversales con materiales existentes in situ, como piedras de escollera de tamao reducido que reducen la velocidad del agua.26


El agua de escorrentas y filtraciones del terreno prximo a la corta se evita con diques y con drenajes; los arroyos hay que desviarlos con canales perimetrales construyendo represas y canalizaciones (Figura 7).

Figura 7: Ejemplo de canal perimetral construido para la conduccin de las aguas de escorrenta y bombeadas.27


El agua puede inducir condiciones de inestabilidad en un talud, cuando aumenta su contenido, ya que se produce una variacin de las fuerzas que se ejercen sobre el terreno y se debilita la cohesin de los materiales aumentando el esfuerzo cortante.Para el drenaje superficial deben conocerse la orografa del terreno: en las cunetas la velocidad de la corriente de agua debe ser bastante rpida para arrastrar los sedimentos, pero no tanta que produzca erosin (incluso se puede llegar a hormigonar); las salidas de agua deben proyectarse de modo que no se vean afectadas por las labores mineras o que no vuelvan a la explotacin por otro camino.

Para realizar un drenaje profundo de aguas freticas, se realiza una red de sondeos para bombeo, instalando bombas sumergibles en su interior que consiguen bajar el nivel fretico de la zona, o mantenerlo a una profundidad alejada de las zonas a explotar.28


La estabilidad de los taludes es muy importante y a veces aparecen aguas colgadas que generan un inestabilidad, esta agua hay que recogerlas si salen a la superficies, pero a veces estn actuando en el interior del talud y la nica forma de sacarla al exterior es realizar pequeos sondeos de drenaje y conducirla donde menos perjudique.En definitiva se trata de aislar al mximo posible las zonas de trabajo, pero por uno u otros motivos es difcil eliminar toda esta agua, es entonces cuando se van conduciendo hacia el lugar mas bajo de la explotacin al llamado fondo de mina y desde aqu bombear, dependiendo de la profundidad en una o varias etapas, a uno de los canales perimetrales que alejen el agua de la explotacin.29


Figura 8: Bomba de achique instalada en una plataforma construida al efecto.30


En fondo de mina siempre va a existir una zona de acumulacin de aguas, y de aqu se bombear mediante bombas sumergible, resistentes al desgaste y de una capacidad adecuada para tratar de simplificar la instalacin mediante varias bombas y a la vez se reduce el nmero de decantadores, por lo que ser una bomba sumergible y de gran altura de elevacin de hasta 180 metros (Figura 8).

Es muy corriente que esta agua vertida sobre un canal o directamente con mangones se lleve a una balsa o depsito exterior, en el cual se produce una decantacin de los materiales arrastrados, si es un arroyo donde est ubicada al llegar a un nivel seguir su curso y si no se quedar como balsa integrada en el entorno pero que nos pueda servir para utilizarla en las diversas actuaciones posteriores, tanto para riego de pistas, incluso para alimentar plantas de ridos para su lavado, segn sea la explotacin.31


Agua en las minas

Dentro de la zona emblemtica por el gran nmero de explotaciones mineras que han existido a lo largo de los dos ltimos siglos, se puede afirmar que ha sido la minera del carbn la que mas ha abundado y concretamente la minera de interior, ya que la minera a cielo abierto su aparicin es de fecha muy reciente, hacia mediados de los aos 70 del siglo XX, por lo tanto prcticamente los ejemplos mas relevantes los vamos a encontrar en minas subterrneas.

En la minera subterrnea y concretamente la minera energtica, adems de problema capital de crear la infraestructura necesaria para llegar al carbn y explotarlo con las dificultades que conlleva mantener ese hueco abierto, podemos sumar dos caractersticas que van a repercutir directamente en crear las dificultades para su explotacin y son el fuego y el agua.32


Si analizamos una zona muy determinada y concreta, podemos apreciar que el agua ha sido un handicap importante en el desarrollo de estas explotaciones, aunque no slo hay casos en esta zona ha habido en mas, algunas explotaciones que en su diseo y por el nmero de reservas a explotar se han quedado en proyectos inacabados, y otras mediante la constante lucha contra este elemento se ha conseguido explotar pero con muchas dificultades, aplicando muchos de los procedimientos que se han explicado anteriormente: desvo de cursos fluviales, sondeos de drenaje desde el exterior, etc, aadiendo exhaustivos estudios y cambios de planteamientos en los mtodos de explotacin que se barajaron en un principio.

Es indudable que la base est en la geologa de la zona, ya que las capas de carbn explotadas se encuentran situadas a techo de calizas, tras bancos de potencia variable de margas y arcillas carbonosas, y por encima, al techo de las capas de carbn se presentan alternancias de arcillas y arenas blancas con agua, en unas zonas las arenas entran en contacto directo con la capa de carbn y en otras hay intercalada un paquete de arcillas, pero el agua que contienen estas arenas est sometida a bastante presin (Figura 9).33


Figura 9: Corte Geolgico34


Esta agua subterrnea ha planteado mltiples problemas, y segn en cada caso se han acometido con los medios tcnicos que haba en ese momento, se puede citar varios casos, y que eran unos proyectos muy ambicioso, ya que se iba a explotar una zona con una cantidad importante de reservas, en la profundizacin del pozo ya sabemos de los mltiples problemas que hubo en su ejecucin hasta que al final se decidi abandonar, a continuacin le siguieron otros proyectos que se convirtieron en realidades y que llegaron a funcionar, pero que al final por mltiples problemas y quizs el mas fuerte fuese el agua, se tuvo que cerrar cuando no eran esas los pensamientos de la empresa que la explotaba. En otras partes que igualmente tuvo que ser cerrada parece ser por el mismo motivo del agua, se tom la decisin de desplazar los planos de entrada a la mina para explotar estos macizos alejndose de la zona anterior, pero igualmente en la profundizacin apareci el rico elemento y se tuvo que abandonar, posiblemente con el paso del tiempo y la aparicin de nuevas tcnicas, estos fracaso hubieran corrido seguramente otra suerte, mas positiva.35


Por el lado contrario ha habido explotaciones, que se han estado y se sigue luchando con el agua con todos los elementos para explotar y arrancar el mximo de reservas disponibles, actuando con todos los medios mecnicos y humanos al alcance, y como he comentado anteriormente no slo es la irrupcin del agua en las explotaciones, sino las presiones que genera sobre los terrenos situados por encima de las capas de carbn, indudablemente a lo largo de la vida de las explotaciones ha habido que ir abandonando unos mtodos de trabajo por otros mas adecuados a las caractersticas del yacimiento, uno de las actuaciones fue el realizar varios sondeos piezometricos y a la vez varios pozos instalando bomba en el interior, todo ello con el objeto de variar el nivel fretico de las aguas, aunque podemos decir que no se consigui del todo.

Por lo tanto la lucha continua para combatir las avenidas de agua ha sido constante y en momentos puntuales, de agobio, se ha tenido que desechar mtodos de explotacin que aseguraran en mejor grado la explotabilidad del yacimiento, incluso mejorar los resultados econmicos de la empresa, pero se han tenido que desechar por los problemas que ocasionaban.36


El rol del agua en las operaciones mineras es muy decisivo. Para un proyecto minero el agua puede resultarser una alternativa de abastecimiento, pero muchas veces se vuelve un problema en el proceso deextraccin. En este captulo trataremos el agua comoun impedimento en nuestras operaciones paralo cual estudiaremos las formas como desaguar de mina, como instrumentos muy importantes tenemos las bombas, con las cuales extraeremos el agua de interior mina. Por lo tanto necesitamos tener un mayor conocimiento de losdiferentes tipos de bombas desacuerdo con sus caractersticas, ya sea caudal, HPs, eficiencia, etc. Y de esto forma podremos determinar la maquinaria correcta para este trabajoEn las minas a cielo abierto de la zona la lucha contra el agua ha sido manejada en mejor medida y aunque en algn momento puntual han originado algn cambio de estrategia de explotacin no hay una constancia de que haya supuesto un gran problema en la explotacin normal, eso si acometiendo en cada caso las medidas preventivas para mantener el agua alejada de las zonas de trabajo, si puede ser que en un momento puntual haya habido pocas de mas pluviometra y se ha podido retrasar la marcha normal de trabajo, por inundarse alguna zona concreta y haya que haber hecho alguna actuacin extraordinaria.37


Para satisfacer las demandas de agua, la actividad minera muchas veces acude al agua subterrnea. Contrariamente debido al exceso de agua subterrnea en algunas minas se acude al drenaje para facilitar el minado, comnmente esto es extrada por bombeo. Por accin del bombeo y desage de minas, se producen variaciones de los niveles freticos, lo cual facilita tener ms eficiencia en el proceso de minado, tanas que las bombas en minera se determinan como factores muy importantes y es por eso que tenemos que hacerun estudio muy detallado de las mismas. Las bombas son mquinas que crean elflujo en los medios lquidos (agua, lodos) esdecir desplaza y aumenta la energa del lquido. Durante el funcionamiento de la bomba, la energa mecnica (recibida por un motor) se transforma en energa potencial y cintica, y en un grado insignificante, en calorfica, del flujo lquido. Su funcin es impulsar al agua ya sea a niveles superiores como hacia superficie, existen diferentes tipos de bombas como: De mbolo, De diafragma, Rotativas de placas, Rotativas de Engranajes, Rotativas Helicoidales, Centrfugas, Autocebantes, Axiales, De torbellino o Vortex, Bombas aChorro para LquidosRESUMEN 38


DESAGE DE MINAS TERMINOLOGA Agua Dulce.- Agua continental, por oposicin a la del mar, y con ms propiedad, agua potable, sea cual fuere su origen.

Agua Potable.- Agua que por carecer de principios nocivos y no tener mal olor ni sabor, puede servir para la bebida y utilizarse en la elaboracin de alimentos.

Aforar.- Es calcular la capacidad de un recipiente o depsito. Es medir el caudal de una corriente de agua o la cantidad de lquido o de gas que pasa por una tubera.

Caudal.- Gasto, cantidad de fluido lquido o gaseoso suministrado por un aparato durante la unidad de tiempo.

Densidad.- Relacin entre la masa de un cuerpo slido o lquido y la masa de agua, a la temperatura de 4 C, que ocupa el mismo volumen. Sin Unidad. El agua = 1.

Desaguar, avenar.- Extraer el agua de un sitio. Vaciar el agua acumulada en un sitio. Fretico.- Dcese de las aguas subterrneas cuando ningn estrato impermeable se interpone entre ellas y la superficie. 39


Grifo, Llave, Vlvula.- Dispositivo que se monta en las tuberas para abrir o cerrar el paso a un lquido o gas o para regular su gasto.

Permeabilidad.- Propiedad de los terrenos que absorben o dejan pasar los lquidos y los gases.

Prdida de Carga.- Disminucin de la presin de un fluido a lo largo de la canalizacin que lo aleja de su depsito. Las prdidas de carga se deben al roce de las molculas del fluido contra las paredes de las canalizaciones. Son agravadas por los codos, los empalmes defectuosos, las variaciones bruscas del dimetro de la tubera, etc.

En una tubera lisa recta y uniforme, la prdida de carga es proporcional al cuadrado de la velocidad del fluido e inversamente proporcional al dimetro de la vena. 40


ORIGEN DE LAS AGUAS SUBTERRNEAS Las aguas subterrneas tienen como origen la filtracin de aguas superficiales que penetran a travs de estratos porosos y circulan lentamente, tanto en sentido lateral como descendente, hasta alcanzar la zona de equilibrio o de fuentes profundas.

Las aguas de origen profundo ascienden hasta fluir en superficie o hasta alcanzar una superficie de equilibrio que detenga al movimiento ascensional. En las labores mineras realizadas por encima del nivel fretico, las aguas no suelen encontrarse ms que en forma espordica e incidental, pero cuando las labores penetran por debajo del nivel fretico, es posible contar con un movimiento general del agua hacia las labores. PROPIEDADES

El poder corrosivo del agua tiene una gran importancia, puesto que influye en la seleccin de los materiales usados para bombas, tuberas, vlvulas y accesorios; por tanto es importante analizar el grado de acidez o alcalinidad del agua. 41


TIPOS

Segn su origen, podemos tener hasta cuatro tipos de aguas subterrneas:

Aguas de Infiltracin.- En este caso las aguas subterrneas tienen como origen la filtracin de las aguas metericas, controladas por cantidad de precipitaciones pluviales, por la existencia de nieves en las partes altas y a la filtracin de aguas contenidas por los ros, lagos y lagunas aprovechando la existencia de fisuras en sus lechos.

Aguas de Condensacin.- Son las aguas subterrneas que son evaporadas en la profundidad debido a las altas temperaturas existentes, introducindose en los poros, diaclasas, fisuras, etc. en forma de vapor.

Aguas Congnitas o Fsiles. -Son aguas que antiguamente eran marinas o lacustres que han quedado atrapadas dentro de Lacorteza terrestre en forma de bolsonadas, las cuales no se han evaporado, pasando a formar aguas subterrneas aprisionadas que no discurren. 42


Aguas Magmticas o Juveniles. -Su origen se atribuye a productos gaseosos que emanaron del magma durante su enfriamiento. Estos vapores al ponerse en contacto con temperaturas ms bajas se condensan pasando al estado lquido para luego depositarse en las diferentes estructuras, grietas, etc.

Las temperaturas relativamente altas y la presencia de componentes voltiles como el gas carbnico o compuestos de azufre en algunas zonas, corroboran en parte esta teora.

PERMEABILIDAD Las masas rocosas porosas o fisuradas son consideradas siempre como posibles depsitos de agua en profundidad.

Las rocas del tipo pizarras arcillosas son prcticamente impermeables y pueden cerrar el paso a flujos ascendentes de agua; o si el agua est por encima de ellos, cerrar el paso a zonas ms bajas. 43


La mayora de las rocas sedimentarias compactas y las rocas gneas que contienen mucha agua son impermeables, salvo que estn fracturadas o fisuradas.

Los materiales aluviales como arenas y gravas son porosas y permiten el movimiento libre de las aguas al igual que las calizas que son permeables.

En las cadenas montaosas la distribucin de las aguas subterrneas es errtica y a veces se encuentran caudales insospechables en las labores mineras. LABORES DE DESAGE

Cunetas de desage y diques

Las cunetas deben tener cierta pendiente. Su seccin debe ser tanto ms grande cuanto mayor sea el caudal del agua, y el nivel del agua en la cuneta ha de estar por lo menos 10 centmetros por debajo del piso.

Desvo de las Aguas e Impermeabilizacin del terreno

Cuando la perforacin de tneles tropieza con grandes caudales de aguas subterrneas, en ocasiones se llega a desviar el tnel para evitar el rea peligrosa. 44


Otro mtodo consiste en cortar el paso a las aguas inyectando una lechada de cemento a travs de sondajes perforados desde la galera, con ngulos variables, para cortar las vas de agua.

Cuando se conoce la existencia de zonas acuferas en las inmediaciones de las labores, el acceso se traza en lo posible de manera que se eviten dichas reas; cuando se sabe de antemano que se han de cortar dichas zonas peligrosas, se preparan diques y compuertas resistentes a la presin, para dominar estos flujos.

Por delante de los frentes se perforan taladros para determinar la posicin de los cursos de agua.

Desage con Vasijas

Los pequeos caudales de agua que suelen encontrarse en las labores de prospeccin e investigacin, se extraen frecuentemente por medio de vasijas. Se dejan acumular las aguas en las salientes del pozo y se dedica al desage una parte del tiempo de operacin. 45


Desage con Bombas Las aguas que se encuentran a nivel inferior a los drenajes por gravedad, se recoge en depsitos recolectores para luego ser evacuados por medio de bombas.

Los puntos de drenaje se distribuyen en lugares convenientes y las cmaras de bombas se sitan prximas a los pozos. Bombas auxiliares desagan en canales que conducen las aguas a los depsitos colectores. Se utilizan canales y tuberas. En minas profundas las aguas se bombean por etapas que van de 150 a 600 metros y an superiores a 900 metros. Grandes alturas de impulsin representan grandes presiones, que obligan a emplear bombas, as como accesorios especiales. Reducir la altura de impulsin exige el uso de bombeo en serie. GOLPES DE AGUA

En trminos mineros se puede definir, a la fuerza con que brota un chorro de agua subterrnea acumulada en bolsonadas. 46


Este tipo de agua ofrece mayor peligro durante las excavaciones mineras, por lo que es necesario realizar sondeos a fin de tratar de descubrir la existencia de aguas subterrneas y calcular su caudal, la presin hidrosttica que ejerce sobre las rocas encajonantes con la finalidad de minimizar los peligros de explosiones de agua, entre otros. PUERTAS ALTA PRESIN

Con la finalidad de prevenir las grandes venidas de aguas subterrneas que podran pasar los lmites de capacidad de bombeo o inundar los niveles de drenaje de las minas, se disean Puertas de Seguridad que soportan altas presiones, las mismas que se instalan en lugares estratgicos. El objetivo es cerrar el paso a fuertes irrupciones de aguas y regular la salida.

Estas puertas, se disean e instalan de modo que permitan el paso de las locomotoras. Pueden ser de accionamiento manual o mecnico y generalmente son de acero tanto el marco como la hoja, con tiras de jebe o material especial para lograr el hermetismo entre el marco y la hoja. Cuando se prev fuertes presiones, se emplean puertas de acero fundido de seccin ovalada y con nervaduras de refuerzo. 47


La instalacin de estas puertas es con concreto, sin descuidar las tuberas para el transporte de aire, agua, electricidad, etc. BOMBAS Son mquinas que crean el flujo en los medios lquidos (agua, lodos) es decir desplaza y aumenta la energa del lquido.

Durante el funcionamiento de la bomba, la energa mecnica (recibida por un motor) se transforma en energa potencial y cintica, y en un grado insignificante, en calorfica, del flujo lquido. CLASIFICACIN Conceptos actuales y basados en normas tcnicas, dividen a las bombas en 2 clases principales: 48


Volumtricas:

Embolo

Simple accin Doble accin

Diafragma

Rotativas

De placas

Helicoidales Dinmicas:

Centrfugas

Autocebantes

Axiales

De torbellino o Vortex Adems, se incluyen las bombas a Chorro de Agua y los Elevadores Neumticos. 49


DESCRIPCIN

De mbolo

Son aquellas que tienen un pistn dentro de un cilindro que corre a lo largo de su eje, expulsa el agua por delante y aspira la carga por detrs, al mismo tiempo que la carrera.

Al efecto de expulsin de agua y al mismo tiempo de aspiracin de carga, se llama Bomba de Doble Accin o Efecto.

Si la bomba tiene dos o tres cilindros en paralelo montados unos al lado de otros, se le llama DUPLEX, TRIPLEX, etc.

De diafragma La parte central del diafragma flexible se levanta y se baja por medio de una biela, que est conectada a una excntrica.

Esta accin absorbe el agua a la bomba y la expulsa. Debido a que esta bomba puede manejar agua limpia o agua conteniendo grandes cantidades de lodo, arena y basura, es popular como bomba de construccin. 50


Es adecuada para usarse en obras donde la cantidad de agua vara considerablemente.

El diafragma, que es muy accesible, puede cambiarse rpidamente Rotativas de placas

El rotor macizo con ranuras longitudinales y placas rectangulares que son empujadas hacia la periferia por las propias fuerzas centrfugas, son colocados excntricamente en el cuerpo. Al girar el rotor, el lquido se aspira a travs del tubo de alimentacin a la cavidad interior, siendo expulsado por el tubo de impulsin.

La bomba es reversible. La frecuencia de rotacin es considerable. Pueden contar con mayor nmero de placas rectangulares. Rotativas de Engranajes

Las dos RUEDAS DENTADAS que engranan, cuentan con pequeas holguras en el CUERPO. Una de las ruedas (la conductora) va dotada de un eje que sale del cuerpo; la otra rueda (la conducida) es libre. 51


Al girar las ruedas en la direccin indicada, el lquido de la CAVIDAD DE ASPIRACION llega a las cavidades entre los dientes y se desplaza a la CAVIDAD DE IMPULSION.

Rotativas Helicoidales

En el CUERPO CILINDRICO se ha colocado compactamente el TORNILLO, al lado de la PLACA que separa los canales entre las ESPIRAS del tornillo y los tapan hermticamente.

Al girar el tornillo, el lquido encerrado en los canales entre espiras, se retiene en los dientes de la placa y se desplaza en direccin axial. De esta manera se realiza la ASPIRACION y la ALIMENTACION. Centrfugas

Son aquellas que aprovechan el movimiento rotacional del eje. Pueden impulsar lquidos densos tales como relaves. 52


Estn provistos de rodetes ya sea abiertos o cerrados, de acero y recubiertos de jebe prensado con fines de prevencin a la friccin y la abrasin de partculas.

Las PALETAS de trabajo estn unidas rgidamente con los DISCOS o al EJE DE ROTACION, que trasmite la fuerza motriz de rotacin .

Bajo la accin de las fuerzas centrfugas, el lquido aumenta su energa, se dirige al CANAL ESPIRAL y luego a la TUBERIA DE PRESION. A travs del ORIFICIO DE ADMISION (simple o doble) se aspira continuamente el lquido, perpendicularmente a la tubera de presin.

Autocebantes

Las bombas centrfugas ms comunes instaladas en las plantas de bombeo de agua potable y de aguas negras, se colocan debajo del nivel del agua. Sin embargo, en las obras de construccin las bombas con frecuencia tienen que colocarse arriba del nivel del agua que se va a bombear. En consecuencia, las bombas centrfugas Autocebantes son ms adecuadas. 53


Cuentan con una vlvula check en el lado de succin de la bomba que permite que la cmara se llene de agua antes de iniciar la operacin de bombeo. Cuando se pone a trabajar la bomba, el agua de la cmara produce un sello que le permite a la bomba absorber aire del tubo de succin.

Cuando se detiene el funcionamiento de la bomba, retiene su carga de agua para el cebado indefinidamente.

Axiales

Las bombas axiales de gran caudal se fabrican con disposicin vertical del rbol. Pueden ser de una o ms etapas. El CUERPO con el DISPOSITIVO GUIA va adosado sobre el BASTIDOR y la BANCADA. En el torneado cnico del extremo inferior del rbol se encaja el CUBO de la rueda de trabajo, que se fija con la ayuda de una chaveta y tuerca y gira a travs de un COJINETE INFERIOR.

Las paletas pueden ser sujetadas rgidamente (fijas) o pueden ser giratorias. 54


De torbellino o Vortex

Dentro de la carcasa (cuerpo de la bomba) se dispone concntricamente la Rueda de Trabajo (Impulsor de Torbellino); al funcionar la bomba, el lquido es atrado por el Impulsor para salir por la Tubera de Impulsin. La entrada del lquido se realiza en la periferia del Impulsor.

Bombas a Chorro para Lquidos

El flujo de lquido operante, que porta energa, pasa por el Tubo de Impulsin (1) que al estrangularse aumenta la velocidad del flujo y por lo mismo aumenta la energa cintica. Conforme a la Ley de Conservacin de la Energa, el aumento de la energa cintica condiciona la disminucin de la presin a la salida del Tubo de Impulsin y por consiguiente en la Cmara (2) que se comunica mediante otro tubo inferior al Depsito de Agua (3) bajo la influencia de la diferencia de presiones, la atmosfrica al nivel del agua del Depsito (3) y el lquido sube a la Cmara (2), donde es arrastrado por el chorro de trabajo del lquido operante; se mezcla con , llega al Tubo Divergente (4) y luego por la Tubera al Tanque superior a la altura h. 55


El rendimiento no es muy alto, pero la simpleza de su estructura y la ausencia de piezas movibles contribuyen a su aplicacin en distintas instalaciones industriales. Elevadores Neumticos

El medio operante es aire comprimido.

La elevacin del lquido al Depsito (1) a la altura del Tanque (2) se efecta por el aire comprimido que ingresa a la Botella (3):

Estando cerrada la vlvula de aire comprimido del Depsito de Agua (1), se llena de agua la Botella (3). Se cierra la vlvula de agua del Depsito (1) y se abren las vlvulas de aire comprimido y de la Botella (3); el lquido se expulsa al Tanque (2).

El ciclo de alimentacin se realiza peridicamente. 56


CLCULOS DE BOMBAS

Clculos de Caudal

Se obtiene aplicando La siguiente frmula:

Q = (N * * r2 * l * f)/231

Donde:

Q = Caudal; GPM

N = Carreras/ciclo * ciclos/min

Ciclo: Ida y vuelta del pistn (2 carreras/ciclo) Ciclo/min: Nmero de carreras/min

Denominado tambin RPM 57


Carrera/ciclo de trabajo efectivo: o 1/ciclo, Simple Accin

o 2/ciclo, Doble Accin

o 4/ciclo, Doble Accin Dplex

o 6/ciclo, Doble Accin Triplex r = Radio del cilindro; pulg

l = Longitud de carrera del pistn; pulg

f = Reduccin por fugas en vlvulas o pistones

Generalmente 0.95 a 0.97, salvo datos expresos 231 = Constante para reducir pulg3 a galones 58


Clculos de Potencia Requeridos

Se calcula aplicando las siguientes frmulas:

E = (w * Q * h)

Dnde:

E = Energa; pie-lb/min

w = Peso del agua; lb/gln

h = Carga total de bombeo desde el espejo de agua hasta la descarga o Prdida Total, incluyendo la prdida por friccin en el tubo; pie.

e = Eficiencia de la bomba, expresada en forma decimal

HP = E/33,000 * e 59


Dnde:

HP = Potencia requerida para operar la bomba 33,000 = Constante para transformar pie-lb/min a HP Ejercicio 1

Cul ser el caudal de una bomba de pistn de las siguientes caractersticas?

Bomba de Doble accin Dplex

Dimetro del cilindro, 6 pulg

Longitud de carrera, 12 pulg

Reduccin por fugas = 0.96

Ciclo/min RPM, 90. Solucin Q = (4 * 90) * * 32 * 12 * 0.96 / 231 Q = 508 GPM 60


Ejercicio 2

Si la carga total es 160 pies, el caudal es de 508 GPM, la eficiencia de la bomba es de 60 % y el peso del agua es de 8.34 lb/gln, hallar la Potencia mnima que se requerir para operar la bomba.

Solucin

E = 8.34 * 508 * 160 E = 677,875 pie-lb/min

HP = 677,875/33,000 * 0.6 = 34.24 HP Ejercicio 3

Una bomba de desage debe llevar 2.2 m3/min de agua de mina, de peso 1,040 kg/m3, a una altura de 65 m. La eficiencia de la bomba es 74 %. Hallar la Potencia.61


Solucin

Q = 2.2 m3/min * 264.18 gln/m3 = 581 GPM

w = 1,040 kg/m3 * 2.2046 lb/kg/264.18 gln/m3 = 8.68 lb/gl h = 65 m * 3.28 pie/m = 213 pie

HP = 8.68 * 581 * 213/33,000 * 0.74 = 44 HP Ejercicio 4

Una bomba Dplex de doble accin de 5 pulg. De dimetro y 10 pulg. de longitud del cilindro, est impulsado por un cigeal que da 120 RPM ( ciclo/min ) Si las fugas de agua son de 15 %, cuntos galones por minuto puede entregar la bomba?

Si el peso del agua es de 8.34 lb/gln, la carga total es de 120 pies y la eficiencia de la bomba es de 60 % Cul ser la potencia mnima requerida? 62


Solucin

Q = (4 * 120) * * (25)2 * 10 * 0.85/231 = 346.8 GPM

HP = w * Q * h/33,000 * e = 8.34 * 346.8 * 120/33, 000 * 0.60 = 17.53 HP. Clculos para el diseo de bombas

1.- Alturas de Carga Esttica

Carga esttica total (cet) Llamado tambin Presin esttica, est dada por la diferencia de elevacin entre el espejo de agua y la descarga.

Carga esttica de succin (ces)

Llamada tambin Carga Esttica de Aspiracin, es la diferencia de nivel entre el eje de la bomba y el espejo de agua. Puede ser:

Positiva, cuando el espejo de agua est sobre la bomba.

Negativa, cuando el espejo de agua est debajo de la bomba. 63


Carga esttica de descarga (ced)

Llamada tambin Carga Esttica de Impulsin, es la diferencia de nivel entre el eje de la bomba y el punto de descarga.

2.- Prdida por velocidad (Pv)

O presin de Velocidad, o Prdida de altura por Velocidad, es el equivalente de presin requerida para acelerar el flujo de agua y est dada por la siguiente frmula:

Pv = w * V2/2g; pies Dnde: w = Densidad del lquido. En el caso de agua, es 1, sin unidad

V = Velocidad del flujo; pie/seg

g = Gravedad = 32.2 pie/seg*seg La velocidad debe permanecer entre 4 y 10 pie/seg a fin de evitar prdidas demasiadas elevadas. 64


3.- Prdida por friccin (Pf)

Es la presin necesaria para vencer la resistencia de friccin del lquido con la tubera y accesorios.

Se puede calcular con la frmula de William HANZENS:

Pf = ((147.85 * Q)/(C * D2.63))1.852 ; pies

Dnde:

Q = Caudal o gasto; Gal/min (GPM)

C = Constante de friccin para tuberas

100 de uso generalizado (15 a ms aos de uso)

90 para tuberas de 25 a ms aos de uso

120 para tuberas de 15 a menos aos de uso D = Dimetro interior de las tuberas; pulg 65


4.- Prdida total (PT)

O Carga Dinmica, constituido por la sumatoria de:

Cet + Pv + Pf; pies

5.- Potencia del motor (HP)

Es el nmero de HP requeridos para bombear determinado caudal de fluido. Se usa la frmula: HP = PT * Q * W/33,000 * e

Dnde:

PT = Prdida total; pies

Q = Caudal o gasto del fluido;

GPMW = Peso especfico del fluido = 8.33 lb/gln (agua)

33,000 = Constante para transformar a HP (1 HP = 33,000 pie-lb/min)

e = Eficiencia del motor; % 66


Ejercicio 5

Calcular la capacidad y la potencia de una bomba para desaguar un pique con las siguientes caractersticas:

100 m de profundidad

12 hora/da de trabajo de la bomba

100 GPM de caudal permanente, trabajando 24 horas/da

60 % eficiencia del motor

371 pies de Carga Esttica Total

3 pulg Dimetro de tubera

100 Constante de friccin para tubera

8 pie/seg velocidad del flujo

1 densidad del lquido (sin unidad)

8.33 lb/gln peso especfico del fluido 67


Solucin

Capacidad para 12 horas: = (100 GPM * 60 min * 24 hora)/(12 hora * 60 min = 200 GPM Pf = ((147.85 * 200)/(100 * 32.63)) 1.852 = 178.68 pies Pv = 1 * 82/2 * 32.2 = 0.99 pies

PT = 371 + 178.68 + 0.99 = 550.67 pies

HP = 550.67 * 200 * 8.33/33,000 * 0.6 = 46.33

La Capacidad real de la bomba ser de 200 GPM.

La potencia de 46.33 HP Ejercicio 6 Se desea bombear el agua desde el nivel 650 a superficie. El caudal aforado es de 350 GPM; la bomba deber trabajar slo 10 horas/da, por razones operacionales. Hallar el caudal de bombeo. 68


Solucin

Q para 24 horas = 350 GPM * 60 min/hora * 24 hora/da = 504,000 gal/da Q para 10 horas = 504,000 gal/da/ (10 hora/da * 60 min/hora = 840 GPM Ejercicio 7

El Pique Nueva Esperanza bombear agua con un caudal de 5 lt/seg y velocidad de 4 pie/seg; el dimetro de la tubera es de 2 pulg. Hallar la Potencia requerida, si la eficiencia es de 75 %.

Solucin

Carga esttica de succin (ces) = 9 pies

Carga esttica de descarga (ced) = 230 * sen 54 = 186.10 pies

Carga esttica total (cet) = 9 + 186.10 = 195.10 pies

Pv = 1 * 42/2 * 32.2 = 0.25 pies

Q =(5 lt/seg * 60 seg/min)/(3.785 lt/gln) = 79.26 GPM

Pf = ((147.85 * 79.26)/(100 * 22.63))1.852= 231.91 pies 69


PT = 195.10 + 0.25 + 231.91 = 427.26 pies

HP = (427.26 * 79.26 * 8.33)/(33,000 * 0.75) = 11.40 HP Ejercicio 8

Hallar los caudales de transporte de agua para tubos de 1, 3 y 6 pulgadas de dimetro si las velocidades son 60, 30 y 15 pie/seg respectivamente.

De igual modo, hallar las potencias requeridas para sus bombas, para un pique inclinado, de acuerdo al diseo.

Considerar la eficiencia 80 % en los tres casos. Solucin

Q = A * V

Dnde:

Q = Caudal o gasto; pie3/min (CFM) A = rea de la seccin; pie2

V = Velocidad del flujo; pie/min 70


Para tuberia de 1" de dimetro

Q =( * 0.52 pulg2/143.04 pulg2/pie2) * 60 pie/seg * 60 seg/min

Q = 19.77 pie3/min

Q = 19.77 pie3/min * 7.48 gln/pie3

Q = 147.86 GPM

ces = 9 pies

ced = 300 pie * sen 60 = 260 pies

cet = 9 pies + 260 pies = 269 pies

Pv = w * V2/2g = 1 * 602/2 * 32.2 = 55.90 pies

Pf = ((147.85 * Q)/(C * D2.63))1.852 Pf = ((147.85 * 147.86)/(100 * 12.63))1.852 = 21,531.42 pies PT = 269 + 55.90 + 21,531.42 = 21,856.32 pies

HP = PT * Q * W/33,000 * e

HP = (21,856.32 * 147.86 * 8.33)/ (33,000 * 0.80) = 1,020 HP 71


Para tubera de 3" de dimetro

Q = * 1.52 * 30 * 60/143.04 = 88.95 pie3/min

Q = 88.95 * 7.48 = 665.35 GPMcet = 269 pies Pv = 1 * 302/2 * 32.2 = 13.98 pies

Pf = ((147.85 * 665.35)/(100 * 32.63))1.852= 1,655.22 pies PT = 269 + 13.98 + 1,655.22 = 1,938.20 pies HP = 1,938.20 * 665.35 * 8.33/33,000 * 0.80 = 407 HP Para tubera de 6" de dimetro

Q = ( * 32 * 15 * 60 * 7.48)/143.04 = 1,330.70 GPM CET = 269 pies

PV = 1 * 152/2 * 32.2 = 3.50 pies

Pf = ((147.85 * 1,330.70)/(100 * 62.63))1.852= 204.23 pies PT = 269 + 3.50 + 204.23 = 476.73 pies

HP = (476.73 * 1,330.70 * 8.33)/(33,000 * 0.80) = 200 HP 72


Ejercicio 9

Se desea desaguar un Pique de seccin circular de 3 metros de dimetro y de 60 metros de profundidad, totalmente acumulado con agua de filtracin cuyo caudal permanente es de 1.60 metros cbicos por hora.

La bomba a utilizar es de una capacidad de 3 metros cbicos por hora y trabajar las 24 horas y los 7 das de la semana.

Calcular el tiempo de bombeo y el volumen total a desaguar.

Solucin

Vol. agua acum. = * 1.52 * 60 m = 424.12 m3 Como el volumen de la bomba es de 3 m3/hora y el caudal de filtracin es de 1.60 m3/hora, quiere decir que tericamente la bomba desaguar:

1.40 m3/hora del agua acumulada 73


Luego, el TIEMPO que demorar en desaguar el pique ser de:

424.12 m3/1.40 m3/hora = 302.94 horas del agua acumulada y de filtracin. 302.94 horas/24 hora/da = 12.62 das El VOLUMEN total a desaguar en ese tiempo ser de: Acumulado 424.12 m3

Filtracin 1.60 m3/hora * 302.94 hora = 484.70 m3

TOTAL 908.82 m3 74


CONCLUSIONES

Por los estudios realizados concluimos que el estudio de bombas es muy amplio y muy complejo, a la vez es muy interesante pues del estudio de estos podemos obtener una mayor eficiencia en nuestras operaciones, y a su vez podemos economizar costos. SUGERENCIAS

Una solucin total para desage es importante. Se deben analizar exhaustivamente los requisitos para el desage de minas antes de seleccionar el diseo del equipo de bombeo, ya sea en la mina o debajo de la superficie.

Se comprende que cumplir con los requisitos de entrada de flujo de agua del sitio es fundamental, pero tambin es importante analizar el plano de la mina, el rango de profundidades de operacin y trabajar con los sistemas de tuberas existentes para garantizar que el equipo se adapte a las necesidades especficas de la mina en operacin. 75


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