Gua N5 SERVICIOS GENERALES PARA MINERA 1er Semestre 2015

Motores Profesor Hernn Gajardo

En la resolucin de los ejercicios contenidos en esta gua utilizaremos las siguientes tablas:

Tabla 1: COMPOSICION DEL AIRE SECO

GAS % v/v % p/p

Nitrgeno - N2 78,09 75,53 Oxgeno - O2 20,95 23,14

Anh. Carbnico - CO2 0,03 0,046 Argn - Ar y otros 0,93 1,284

Tabla 2: INHALACION DE OXIGENO Y AIRE EN LA RESPIRACION

HUMANA (Valores por persona)

ACTIVIDAD REPOSO MODERADA MUY VIGOROSA Ritmo respiratorio por minuto 1 - 12 30 40

Aire inhalado por respiracin [m3/s] x 10-3 5 - 13 46 - 59 98

Oxgeno consumido en [m3/s] x 10-6 4,70 33,04 47,20

Cuociente respiratorio CR 0,75 0,90 1,00

Ejercicio 1

La reglamentacin interna de una mina establece un contenido mnimo de O2=19,5% v/v y mximo de CO2 de 0,5% v/v en el aire en su interior. Si la actividad fsica en una galera es muy vigorosa, calcule:

a) El caudal mnimo de aire exterior por persona para cumplir con el contenido O2 b) El caudal mnimo de aire exterior por persona para cumplir con el contenido CO2

Respuestas:

a) Para resolver esta pregunta, realizamos un balance de Oxgeno:

Contenido de O2 en el aire de entrada, (menos)

O2 inhalado en respiracin (igual)

Contenido de O2 en el aire de salida

0,21 Q - 47,2010-6[m3/s] = 0,195 Q Donde Q es el caudal de aire requerido. El contenido de O2 en el aire de entrada se obtiene de la Tabla 1, considerando actividad muy vigorosa: 20,95% 0,21, el O2 inhalado se obtiene de la Tabla 2 (para actividad muy vigorosa) y el contenido de O2 en el aire de salida es de 19,5% 0,195 (dato).

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Despejando Q:

0,21 0,195 = 47,20 106[m3/s]

0,015 = 47,20 106[m3/s]

=47,20 106[m3/s]

15 103

=47,20

15 103[m3/s]

= 3,147 103[m3/s]

b) Para resolver esta pregunta, realizamos un balance de Dixido de Carbono:

Contenido de CO2 en el aire de entrada, (ms)

CO2 exhalado en respiracin (igual)

Contenido de CO2 en el aire de salida

0,0003 Q + 47,2010-6[m3/s] = 0,005 Q Donde Q es el caudal de aire requerido. El contenido de CO2 en el aire de entrada se obtiene de la Tabla 1: 0,03% 0,0003. El CO2 exhalado por persona no aparece directamente en la Tabla 2; para calcularlo, utilizamos el valor de Cuociente Respiratorio (CR) considerando actividad muy vigorosa, y la definicin de CR:

=2 2

Desde aqu, despejamos el CO2 exhalado:

2 = 2

Reemplazando los valores obtenidos desde la Tabla 2, tenemos que el CO2 exhalado tambin corresponde a 47,2010-6[m3/s] 20,95% 0,21 y el contenido de CO2 en el aire de salida es de 0,5% 0,005 (dato).

Despejando Q:

3 104 5 103 = 47,20 106[m3/s]

Igualando los exponentes de la potencia de 10:

3 104 50 104 = 47,20 106[m3/s]

47 104 = 47,20 106[m3/s]

=47,20 106[m3/s]

47 104

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=+47,20

+47 102[m3/s]

= 1,004 102[m3/s]

Ejercicio 2

Utilizando los valores obtenidos en el Ejercicio 1, calcule el caudal requerido de aire exterior por 120 personas para cumplir con ambos requerimientos

Dado que el caudal requerido para mantener el requerimiento de CO2 es superior al de O2, utilizamos el primero para nuestro clculo:

n = n 1

120 = 120 2

120 = 120 1,004 102[m3/s]

120 = 1,205[m3/s]

Ejercicio 3

Considerando las mismas condiciones de trabajo del Ejercicio 1, calcule el contenido de O2 en % v/v si el caudal que aire exterior en la galera es de 0.25 [m3/s] y trabajan 100 personas. Es este caudal suficiente para cumplir el estndar de O2 la mina?

Primero realizamos un balance de Oxgeno:

Contenido de O2 en el aire de entrada, (menos)

O2 inhalado en respiracin (igual)

Contenido de O2 en el aire de salida

0,210,25[m3/s] - 47,2010-6[m3/s] 100 personas = X0,25[m3/s]

De la Tabla 1 obtenemos el contenido de O2 en el aire seco: 20,95% 0,21. De la Tabla 2 obtenemos el valor del O2 inhalado por cada persona y lo multiplicamos por la cantidad de personas. X es el % v/v de O2 presente en el aire a la salida.

0,21 0,25 m3

s 47,20 106

m3

s 100 = x 0,25 m3

s

0,0525 m3

s 47,20 104

m3

s = x 0,25 m3

s

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0,0525 m3

s 0,004720 m3

s = x 0,25 m3

s

0,04778 m3

s = x 0,25 m3

s

= 0,191

= 19,1% v/v

El requerimiento es de 19,5% v/v, por lo que este caudal es insuficiente.

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