Resistencia de Las Labores Mineras Al Movimieto Del Aire

8/18/2019 Resistencia de Las Labores Mineras Al Movimieto Del Aire

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VENTILACION DE

MINAS

Resistencia de las Labores

Mineras al Movimiento del Aire


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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS

GONZAGA” DE ICA

Facultad de Ingeniería de Mina ! Metalurgia

DOCEN"E # Ru$%n O&idi' Ri&era C()&e*

IN"EGRAN"ES # "erra*a Na&arr' Carl' G'n*al'

C)rdena C'r'nad' +uli'

R',a S)nc(e* Claudi'

-ui.eri/a Garcia Ric(ard

Vente A&al' +'% Al'n'

NAZCA – PERU 2015


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Resistencia

Es el grado de dificultad para transportar

el aire de ventilación en una mina de un

lugar a otro, dependiendo de la sección

de la vía, tipo de vía (arco, madera, sin

entibación, libre sin accesorios con

accesorios), de su longitud y de su peso

específico


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Factores que Aectan la

Resistencia al Flu!o del AireNaturaleza de las Paredes

• Dada la naturaleza de la mina, los conductos o ductos

(galerías, chimeneas, tajeos, etc.) son irregulares

y ofrece resistencia al paso del aire originando

perdidas de energía, transformando la energía de

trabajo en energía de calor, producto de la

fricción y esta transformación sucede, por

ejemplo, cuando el aire turbulento pasa por una

superficie. Mientras mas spera sea la superficie,

mayor ser la turbulencia y por lo tanto, mayor la

fricción y mayor la perdida de poder

• !or lo tanto un ducto spero cuenta con un

coeficiente ms alto de fricción "ue un ducto

sua#e. $i se presentan demasiadas

obstrucciones en el ducto


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Resistencia al Flu!o del Aire

Configuración y Tamaño

$ea % el perímetro del conducto y & el rea trans#ersal al

conducto, la relación entre %'& determina la forma de un

conducto de #entilación y esto juega un papel importante

para determinar la resistencia. oy en día, la mayoría de los

pi"ues son circulares. os pi"ues circulares presentan una

resistencia menor al flujo de aire "ue los rectangulares

(siendo todos los dems factores los mismos). a forma de

pi"ue elíptico ayuda a reducir la resistencia.


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oy en día los t*neles subterrneos se estn fabricando con

una configuración semi-elíptica+ esta configuración resiste de

mejor forma a las presiones deri#adas de los mo#imientos de

rocas y tambin reduce la resistencia de dicho t*nel al flujo

de aire


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-n rea de corte trans#ersal es sumamente

importante para determinar la resistencia de un

conducto de #entilación. Desde el punto de #istade la #entilación, mientras mayor sea el conducto

de #entilación, mejores son los resultados, sin

embargo, al aumentarse el tamao del conducto

se aumentan los costos y podría aumentar el

tiempo re"uerido de e/ca#ación. 0stos factores

deben ser considerados antes de determinarse el

tamaño óptimo de un conducto de #entilación


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0s ob#io "ue mientras mayor sea la longitud de un

conducto de aire, mayor ser la resistencia al flujo de aire.

Desafortunadamente, poco se

puede hacer para reducir este

factor puesto "ue los conductos

se #entilación generalmente son

creados para e/tenderse entre

puntos fijos de una mina. os

conductos de #entilación

deberían, si es posible, ser

creados por la ruta mas corta

posible

Longitud


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Sostenimiento0l uso de grandes cantidades de madera u otra forma de soporte en un

conducto de #entilación aumenta su resistencia al flujo de aire de dos

maneras.

• !rimero, se reduce el rea libre del conducto de #entilación

• $egundo, las perdidas por cho"ue son causadas a medida "ue el aire

golpea estas obstrucciones

Madera Simbras

Otros


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Transporte• os t*neles y labores de #entilación

no solo se utilizan para transportar

el aire, tambin se utilizan para

acarreo de material y

personal.

• as jaulas, la ma"uinaria y las

locomotoras causan una

resistencia al flujo de aire


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gua en Suspensión• 1otas de agua en suspensión en el aire de pueden aumentar

considerablemente laresistencia. as gotas de agua se forman

como resultado de la condensación o por agua "ue se escurre por

las fisuras del t*nel.

• $i la #elocidad del aire esinferior a los 2.3m's, las gotas se suspenden en el aire. $i

la #elocidad es superior a los 44.3m's las gotas son

acarreadas fuera dela labor y deben ser capturadas por un

sistema de drenaje


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eorema de "ernoulli

!stablece el principio de conser"ación de la energia

e#presando $ue la altura de carga total de un fluido $ue circula por

cual$uier sistema se mantendr% constante si no &ay p'rdidas por

rozamientos( compresión( incorporación de otro fluido o p'rdida de

fluido)

La altura de carga total es igual a la suma de las alturas de*

carga est%tica + altura de presión

carga cin'tica + altura de "elocidad

carga de ele"ación + altura geod'sica

&t + &s , &" , &z


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Reemplazando las alturas de carga en función de las presiones en unlugar del movimiento del fluido, el cual identificaremos como "1",tendremos:

pt = ps1 + pv1 + pz1

Considerando el movimiento del fluido dentro de un ducto dondehemos definido el punto "1" y determinamos otro punto "2", sintener agregado ni perdida de fluido en ese trayecto, ernoulli dice:


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!l teorema de ernoulli e#presa $ue* . en el mo"imiento de un fluido en un medio ideal(

las sumas de las alturas permanecen constantes) l

disminuir una las otras aumentaran/

!n un medio ideal &orizontal( las alturas geod'sicas

no cambian( pero si "aría el di%metro del medio(

"ariar% la altura cin'tica y la altura de presión

"ariar% en la misma magnitud pero con sentido

contrario)

!n la realidad el fluido se mo"er% en un medio real(

el $ue le opondr% resistencia al mo"imiento

0!S1ST!NC1 L M231M1!NT2 4!L 10!


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#erdidas de ener$%a


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0l teorema de 5ernoulli e/presa "ue6 7 en el mo#imiento de un fluido en un medio ideal, las

sumas de las alturas permanecen constantes. &l

disminuir una las otras aumentaran8

0n un medio ideal horizontal, las alturas geodsicas no

cambian, pero si #aría el dimetro del medio, #ariar la

altura cintica y la altura de presión #ariar en la misma

magnitud pero con sentido contrario.

0n la realidad el fluido se mo#er en un medio real, el

"ue le opondr resistencia al mo#imiento

T!20!M 4! !0N5LL1


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!or tanto la ecuación de 5ernoulli se transforma en6

&s6 , &c6, &z6 + &s7 , &c7 , &z7 , 8

en "ue es la prdida de carga o prdida de presión,

producida a causa del roce con las paredes del medioreal donde se mue#e y a causa de las singularidades

"ue encuentra en su recorrido por las turbulencias "ue

ellas pro#ocan.

%onocer permite entregar la energía e"ui#alente para

permitir el mo#imiento del aire.


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%onsiderando "ue las presiones geodsicas cambian

seg*n la estructura del yacimiento, del sistema de

e/plotación usado y de las posibilidades de

desarrollar galerías de #entilación, poco aportan para

ayudar a #encer .

as presiones cinticas o de #elocidad dependen del

tamao de las galerías por donde se mue#e el aire(9:;'&), por lo "ue no pueden entregar presión para

#encer .

0stas formas de energía podrn usarse para #encer

parte del dependiendo de lo "ue se proyecte con elcircuito de #entilación respecto a entradas y salidas y

tamao de galerías


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uego es la presión esttica la "ue debe aumentarse

para #encer .

0n general

8 + &s6 - &s7

habida consideración "ue las presiones de

#elocidad y los trminos geodsicos se anulan

mutuamente.

7siempre un fluido se #a a mo#er desde un punto

de mayor presión a otro de menor presión y su

diferencia ser 8


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Resistencia & Ca%da de #resi'n

!ara "ue el aire fluya a tra#s de la mina, es necesario "ue e/ista unadiferencia de presión entre la entrada y la salida de la misma. 0sta

diferencia de presión puede deberse a causas naturales (gradiente

trmica) o ser inducida artificialmente por medios mecnicos mediante

#entiladores


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• Energia Perdida por Resistencia


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• a perdida de energía "ue e/perimente el aire al

circular a tra#s de la mina se debe principalmente a

dos causas

La fricción "ue se genera en el contacto entre el aire y lasparedes de las e/ca#aciones+ y

!l impacto del aire en mo#imiento contra obstculos ubicados

en el interior de las e/ca#aciones o contra las paredes cuando

al aire es obligado a cambiar de dirección


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C14 4! P0!S12N

!s m%s importante determinar la diferencia de

presión entre dos puntos $ue la determinación de lapresión en ellos)

!l flu9o de aire se origina por$ue e#iste una

diferencia de presión entre dos puntos del sistemay para poder lograr esta diferencia es necesarioagregar energía al sistema)

!sta energía es consumida en superar las

resistencias $ue las labores mineras le ponen alpaso de una cantidad determinada de aire)


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!stas resistencias originan una caída o p'rdidade presión( llamada 8 y $ue est% dada en mm decolumna de agua o :g;m7Las p'rdidas de presión est%n formadas por doscomponentes*

p'rdidas por fricción y p'rdidas porc&o$ue 8 + 8f , 8#

P'rdidas por fricción( representan lasp'rdidas de presión en el flu9o lineal a lo largodel ducto y es producida por el roce del aire conlas paredes del ducto)

P'rdidas por c&o$ue son de origen local(producidas por accidentes como cambio de %rea(bifurcaciones( uniones( obstrucciones( cambiosde dirección( etc)


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L!< 4! 0!S1ST!NC1La diferencia de presión entre dos %reas de un

ducto est% dada por la ecuación de t:inson* 8f + =Lf = p = 37 ; >mm c)a) o :g ; m7?donde@Lf + largo de la labor en metros + %rea de la labor en m7

p + perímetro de la labor en metros3 + "elocidad del aire en m ; seg + coeficiente de resistencia aerodin%mica en :gseg7;mA + f = γ ; Bgf : coeficiente de roce

γ : peso específico del aire en =g ' m>g: aceleración de gra#edad m'seg?


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Puesto $ue 3 + ; la fórmula anterior se puede e#presar como*8f + = Lf = p = 7 ; D >mm c)a) o :g ; m7?

C2!E1C1!NT! 4! 0!S1ST!NC1 !0241NM1C "aría de acuerdo al nFmero de 0eynolds( pero se

&ace insignificante a medida $ue 0e crece)Como en las labores mineras el mo"imiento del airees turbulento con un alto 0e( se consideraconstante) se puede determinar en terreno o por medio de

tablas)

γ

+ G = γH; 6(7 corregido de acuerdo al pesoespecífico del lugar) %oeficiente de resistencia aerodinmica para elpeso específico γ


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!l c%lculo de usando la e#perimentación enterreno se &ace por la fórmula*

8f + G # Lf # P # 7H ; D

4ónde + G8f=DH;Lf=p=7

Todos los par%metros $ue inter"ienen pueden ser

determinados en terreno)Si se trata de un proyecto donde no &ay datos deterreno( se usan tablas)


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tipo de galería irregularidades "alores de alfa "alores de alfa "alores de alfa

de la superficie limpias obstrucción pe$ueña obstrucción modera

mínimo 6I 7I AB

superficie promedio 7I DB JK

sua"e m%#ima DB AB LK

mínimo JK LK BL

roca promedio 6MJ 66A 6DD

sedimentaria m%#ima 6DD 6AD 6L7

mínimo 6J7 6L7 6IM

galerías promedio 6B6 6IM 7MI

enmaderadas m%#ima 7MM 7MI 77M

mínimo 6K6 6B6 7MM

roca promedio 7KI 7BJ DMA

ígnea m%#ima DK6 DBM DII


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0!S1ST!NC1S L2CL!S

Las p'rdidas por c&o$ues son de origen local(producidas por turbulencias( remolinos( frenadasdel aire al enfrentar di"ersos accidentes dentro delcircuito)Los accidentes son( cambios de dirección(

entradas( contracciones( etc)Tambi'n dependen de la "elocidad y del pesoespecífico del aire)8# + = 37 = γ ; 7g en mm de c)a) o :g;m7

+ coeficiente de resistencia local( $ue sedetermina de tablas


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5n m'todo m%s adecuado para calcular estasp'rdidasLas p'rdidas por c&o$ue se asimilan a las p'rdidaspor fricción a tra"'s de los largos e$ui"alentes( osea se trata de determinar a $ue largo físico de unagalería e$ui"ale la p'rdida por c&o$ue)

Se igualan las p'rdidas por fricción con lasp'rdidas por c&o$ues8f + 8#( luego* = Lf = P = 37 ; + = 37 = γ ; 7gsumiendo el largo Lf el "alor de largo e$ui"alenteLe(

Le + G = γ = H;G 7g = = PH


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continuación se ad9untan tablas de Le para p'rdidaspor c&o$ue m%s comunes y diferentes tamaños de

galerías)!stos "alores se obtu"ieron para aire normal( y uncoeficiente de resistencia aerodin%mica + (6BI

Para obtener datos de acuerdo a un determinadolos "alores deben ser multiplicados por (6JB=

γ ;


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L02S !513L!NT!S( P0 + (6BI


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L02S !513L!NT!S( P0 + (6BI


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L02S !513L!NT!S( P0 + (6BI


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L02S !513L!NT!S( P0 + (6BI


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L02S !513L!NT!S( P0 + (6BI


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Fórmula fundamental de ventilación.Considerando el reemplazo de Hx por el largo e!uivalente Le

tendremos, entonces, la fórmula para la cada de presión:

* (Lf + Le) * P * Q 2

H = A3 # $mm% de c%a% o &g'm2

(

donde:

) = cada de presión, &g'm2= coeficiente de resistencia aerodin*mica, &g seg 2 'm

-f = largo f.sico, m#-e = largo e!uivalente, m#

/ = rea, m2#0 = permetro, m#

= caudal, m'seg


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3i - = -f + -e

H = R * Q2

* L * PR =

A3

4onde "R" representa la resistencia de las la5ores mineras al pasodel aire%

3i el aire est* dado en m'seg% y la p6rdida de presión en mm% de

columna de agua se define a la unidad de resistencia igual a 1

&ilomurgue $7

) = 1%888 murgue 9

como la resistencia !ue opone al

paso del aire una la5or por la cual 1 m

'seg de aire circula con unadepresión igual a 1 mm% de columna de agua%

-a facilidad o dificultad de ventilación de una la5or depende del valor de

"R"% -a resistencia puede reducirse disminuyendo el valor de "

",

disminuyendo el largo de la galera o el aumento del *rea%


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/ continuación se muestra esta fórmula fundamental de ventilaciónde minas seg;n los m*s usados sistemas de medidas:

i!tema!Par"metr#!

$.%.. .&. &n'le!

H R * Q2 R * Q2 R * Q2

%'r.(m2

mm.c.a.

Pa!cal

(m2Pul'. c.a.

R

* L * P ( A3

+ * L * P ( A3 , * L * P ( -2A

,

%'r(m/ At,in!#n

0 + 0 ,

+ 1-*134 ,


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1. Re5re!entación 'r"fica.

-a ?órmula fundamental de la ventilación de minas tiene su

representación en un sistema cartesiano, donde en el e@e de las "A"

tenemos la Cada de 0resión H y en "B" el caudal Q% Como sa5emos,

cual!uier galera o un sistema de ella formando un circuito de

ventilación est representado por la fórmula:

H = R * Q2

sta ecuación, en el sistema definido nos representa a una par*5ola

!ue pasa por el origen% n general, cuanto mayor es la resistencia

R, m*s parada ser* la par*5ola y, por consecuencia, para un mismocaudal , mayor ser* la cada de presión ), como puede apreciarse

en la siguiente figura%


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1@&%

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