curso_complemetario cam

7/26/2019 CURSO_COMPLEMETARIO CAM

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Ventilacin

Dr. DELGADO VEGA Jos


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Ventilacin Natural


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VENTILACION NATURAL

La ventilacin natural es de gran importancia en minas profundas

PROFUNDIDAD DE LA MINA PRESION NATURAL

400 a 500 m 25 a 30 mm de c.a.

700 a 800 m 50 a 60 mm de c.a.

1000 a 1200 m 100 a 120 mm de c.a.

Clculo de ventilacin natural

Hn = L(D1- D2) = p1 p2

L profundidad del pozo

D1 y D2 pesos especficos medios en los pozos de aire entrante y saliente

kg/m3

p1 y p2 presiones de las corrientes de aire entrante y saliente a la

profundidad L en mm de c.a.


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Ventilacin Natural


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CALCULO VENTILACION NATURAL

Mtodo 1-

Mtodo 2-

Mtodo 3-

Mtodo 4-


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Mtodo 5

Mtodo 6

Mtodo 7

Mtodo 8


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Peso especfico del aireD = 0.465 p/T kg/m3

Donde p presin en mm de Hg

T temperatura absoluta en K

Las presiones se determinan por las frmulas siguientes:

Log p1 = Log p0 + 0.015 L/T1

Log p2 = Log p0 + 0.015 L/T2

Donde T1 y T2 son las temperaturas medias absolutas del aire entrante y saliente

Tambin se utiliza la frmula

Hn

= 13.6 x P0

x L ( 1/T1 1/T

2)

R

R constante de gases , igual 29.27 en el aire

Cuando L> 100 se debe corregir Hn multiplicando por el factor ( 1 +L/10.000)


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Ventilacin Natural


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VENTILACION AUXILIAR


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VENTILACION AUXILIAR

Sistemas que utilizan ventiladores y ductos para ingresar aire a reas

restringidas de una mina subterrnea


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Aplicaciones:

Sistema impelente: galeras horizontales de poca longitud ( 400 mts. y 4x3

mts de rea).

Sistema aspirante galeras de mayor seccin y mayor longitud, desarrollos

desde la superficie.

Sistema aspirante combinado con impelente se utiliza en la construccin

de piques verticales.

Ductos ms utilizados y sus ventajas comparativas.


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ITEM METALICOSFLEXIBLE

REFORZADOFLEXIBLE LISO

APLICACIN Aspirante Aspirante Solo impelente

Impelente Impelente

TRANSPORTE Alto costo Mediano Costo Bajo costo

(Voluminoso) (Paquetes) (Plegados)

INSTALACIN Difcil, lenta y riesgosa Regular rpida Fcil y rpida

MANTENCIN Reducida Regular y permanente Requiere buenamantencin

TIPO DE UNINCollarn, flange

apernadoCollarn de unin tipo

rpidaCollarn por tensin

entre tiras

ACCESORIOS Cncamos y alambresCncamo, cable gua y

gancho suspencinCncamo, cable gua y

gancho suspencin

FUGAS Bajsima Regular a alta en uniones y por rotura

RESISTENCIA Baja Alta Baja

a 0,0002 0,00055 0,0003

MAXIMA HRECOMENDADO

1.200 mm.c.a. 250 mm.c.a 650 mm.c.a.


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El dimetro del ducto utilizado incide en forma considerable en la prdida de carga

y por consiguiente en la potencia del ventilador a utilizar

Clculo de un sistema

H = R x Q2

R= (& x L x P)/A3 = (6.48 x & x L) / 5

= dimetro del ducto

H = (Q2 x b x r x L) / 5

b = 6.48 x &

r = R/L resistencia por metro de ducto en Kmurgue


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TIPOS DE DUCTOS bx 105 ax 105

Rgidas de plstico 180 28

Metlicas lisas 205 32

De contratapas 220 34

Metlicas xidada y deformes 260 40

VALORES DE b PARA DISTINTOS DUCTOS

DUCTOS DIAMETRO (f) MM.

300 400 500 600 800

Rgidos, en material plstico 743 175 57.5 23.3 5.5Metlicos nuevos 845 200 65.5 26.5 6.3

Manga de contratapa 905 215 70.5 28.5 6.7

Metlico oxidado y deformado 1.070 254 83 33.5 7.9

De tela bien tensa 865 205 67 27 6.4

De tela plstica no tensa 1.070 254 83 33.5 7.9


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REGULACION DE CIRCUITOS

Para disminuir la resistencia de una galera , es decir reducir la

prdida de carga (H) se puede

Concretar la galera en su totalidad o parte de ella,

dependiente de la cantidad de prdida que se quiera

reducir.

Aumentar la seccin de la galera o de una parte de ella

Construir una galera de ventilacin en paralelo

Para regular los caudales se utilizan reguladores.


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CALCULO DE UN REGULADOR

Los reguladores aumentan las prdidas de carga ya que se trata de construcciones tipocompuerta . Los orificios provocan una contraccin y expansin abrupta del aire lo queprovoca una prdida por choque.

W = ( 1/Cc- N)2 / N2

W = Coeficiente de prdida por choque

N = Cuociente entre el rea del orificio Ar y el rea de la galeraCc = coeficiente de contraccin

Hx = es la cantidad de regulacin a ser disipada a travs del regulador

Hx = W x Hv

HV = (d x V2) / 2g


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N Cc W

0.1 0.63 217.97

0.2 0.64 46.38

0.3 0.65 17.03

0.4 0.67 7.61

0.5 0.69 3.67

0.6 0.71 1.78

0.7 0.75 0.81

0.8 0.81 0.30

0.9 .88 0.07

1.0 1.0 0.00


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CONSIDERACIONES DE COSTOS DEVENTILACIN

Tipos de galeras

Dimensiones

Tipo de superficie

CARACTERISTICAS DE GALERIAS AREA RELATIVA

Revestimiento suave 1.00

Roca sedimentaria 1.55

Enmaderada 1.90

Roca genea, desnuda 2.24


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TIPOS DE GALERAS

Forma radio hidrulico

Longitud

Prdida por choque

Cada dinmica

DISEO ECONMICO DE GALERAS

Velocidades econmicas


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VALORES TPICOS

Eficiencia ventilador h 60%

Costo Energa Ce US$ 100/ Hp ao

Costo desarrollo Cd US$ 10 / m3

Caudal aire Q 47,2 m3/seg

GALERIARANGO DE VELOCIDAD

ECON OM ICA (m/min)No revestida 180 305Enmaderada 305 457Revest ida suave 610 - 762


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TIPO DE GALERIA ax 105 AREA (m

2)

VEL. AIRE

(m/seg)

COSTO

RELATIVO

ROCA SEDIMENTARIA

Circular no revestida 113 6,9 6,8 1,00Rectang. No revestida 113 7,2 6,6 1,04

ROCA IGNEA

Circular no revestida 283 9,0 5,2 1,30Rectang. No revestida 283 9,3 5,1 1,35

CONCRETADA

Circular 38 3,2 14,6 2,25Rectangular 38 3,2 14,6 2,25

ENMADERADA

Tres rectang. paralelas 170 5,8 8,2 2,67

170 7,0 (x3) 6,7 2,8


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CIRCUITOS COMPLEJOS

Son aqullos donde no es factible determinar si estn en serie,

paralelo o diagonal.En estos casos se utilizan mtodos de clculo ms complejos

Mtodos analgicos: consiste en simular la red de ventilacincon circuitos elctricos en los cuales las resistencias de las

ampolletas a bajo voltaje representan las resistencias de lasgaleras.

Mtodo de aproximaciones sucesivas : Algoritmo de HardyCrossSe basa en la distribucin del aire en una red de ventilacin,

caracterizado por las ecuaciones :

H = R x Q2

SUM Q = 0SUM H = 0


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Para aplicar este sistema se define:

b = Nmero de derivaciones, ramas brazos o galeras quecomienzan y terminan en nudos o nodos.

n =Nudos o nodos definidos por la unin de tres o msbrazos

m =Circuito cerrado de brazos, llamados mallas.Red conjunto de mallas que definen un circuito.

El sistema de ecuaciones consta de 2b incgnitas (H y Q

por derivacin). Existen b ecuaciones de caractersticas

aerodinmicas :

H = R Q2

n-1 ecuaciones de nodos , el n depende de los anteriores

Las b-(n-1) ecuaciones restantes corresponden a la ley de

circulacin SUM H =0


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El procedimiento consiste en una reparticin arbitraria de los

caudales definidos con cierto criterio.Esta eleccin nos llevar a SUM H = r distinto de cero.

Se define entonces

dQ = - r/ 2 SUM(RxQ)Este valor se deber incrementar o disminuir segn su signo a los

Q iniciales , se deber iterar hasta que SUM H sea menor que el

valor de precisin solicitado.

Mtodo de H caminosConsiste en utilizar reguladores de flujo o en su defecto

modificar la construccin de las galeras para igualar las

cadas de presin.


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El mtodo de Hardy Cross


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Fundamentos Generales

El mtodo de Hardy Cross es llamado Mtodo deAproximaciones Sucesivas, el que est basado enel cumplimiento de dos principios o leyes:

Ley de continuidad de masa en los nudos.Ley de conservacin de la energa en los circuitos.

El planteamiento de esta ltima ley implica el uso

de una ecuacin de prdida de carga de prdidade energa, bien sea la ecuacin de Hazen &Williams o, bien, la ecuacin de Darcy &Weisbach


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Fundamentos Tericos

Consideremos un Caudal Q de un fluido cualquiera que circula atravs de un conducto de Resistencia R.

Asumamos que el fluido considerado obedece a la ley

(1.1)Donde :

H : es la cada de presin por friccin a lo largo del conductor.

n : es una constante y depende del fluido del rango del flujoconsiderado.

Suponiendo que no se conoce el valor real del Caudal Q,asumamos y valor estimado al que llamaremos Q de tal maneraque se puede establecer que:


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(1.2)

Donde:

Q : Es el error cometido al asumir un valor de Q que no

es el verdadero.H : Es el error cometido en el calculo de la cada de

presin real p.

El problema consiste por lo tanto, en determinar el valorde la correccin de Q que habr que aplicar a Qa,

para encontrar el valor real del caudal Q.


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La ecuacin (1.1) representa a la relacinentre la presin y el caudal a lo largo del

conducto a travs del cual esta circulando el

fluido, a la que se denomina curva

caracterstica del sistema. La pendiente desta en el intervalo comprendido entre el

valor real del caudal (Q) y el valor asumido

de este (Qa), es aproximadamente :

(1.3)


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Derivando de la Relacin (1.1) con

respecto a Q se obtiene:

(1.4)

Por lo tanto:

Es decir:

(1.5)


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EJERCICIO

Resolver el siguiente sistema de ventilacin: si hay un

ventilador soplante que ingresa 100 CFM de aire y 3 tres

ventiladores aspirantes que extraen 20 CFM, 65 CFM y

15 CFM respectivamente. Hallar los caudales

respectivos en cada ducto de ventilacin:

20 CFM

100 CFM

65 CFM

15 CFM

R1=1 [in.mt^2/ft^6]

R5=2 [in.mt^2/ft^6]

R2=2 [in.mt^2/ft^6]

R4=1 [in.mt^ 2/ft^ 6]


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RESOLUCION

1.- Comprobamos las leyes de Kirchhoff, el caudal que entradebe ser el mismo caudal que sale.

2.- Asumimos valores al azar, teniendo en cuenta la resistencia.

20 CFM

100 CFM

65 CFM

15 CFM

R1=1 R5=2

R2=2

R4=1

Q1=70 CFM

Q4=25 CFM

Q5=40 CFM

Q2=30 CFM


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3.- Encontramos las mallas de circulacin ( en este caso

son 2 mallas), tambin debemos tener en cuenta ladireccin de la circulacin.

4.- Debemos hallar Q, y restar o sumar a los valores

asumidos al azar.

20 CFM

100 CFM

65 CFM

15 CFM

R1=1

R5=2

R2=2

R4=1

Q1=70 CFM

Q4=25 CFM

Q5=40 CFM

Q2=30 CFM

MALLA I

MALLA II


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5.- Ya hallamos la Q, y ahora le restamos a los

caudales asumidos. A los que van al mismo sentido sele resta Q y los que van en sentido contrario se lesuma a Q. (Segn sentido de la malla dada).

20 CFM

100 CFM

65 CFM

15 CFM

R1=1R5=2

R2=2

R4=1

Q1=70 - 13

Q4=25 +13

Q5=40 -13

Q2=30 + 13

MALLA I

MALLA II


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20 CFM

100 CFM

65 CFM

15 CFM

R1=1

R5=2

R2=2

R4=1

Q1=57 cfm

Q4=38 cfm

Q5=27 cfm

Q2=43 cfm

6.- Cambiamos el sentido de los caudales negativos.

7.- En la primera iteracin se obtiene los resultados delos nuevos caudales considerando los respectivoserrores obtenidos. Sin embargo como Qmalla_1= Qmalla_2=13 , se debe seguir iterando hasta lograr minimizar elerror.


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8.- Llamaremos al sistema malla III y malla IV, para

dar sentido al circuito, y realizar una segunda

iteracin.

20 CFM

100 CFM

65 CFM

15 CFM

R1=1

R5=2

R2=2

R4=1

Q1=57 cfm

Q4=38 cfm

Q5=27 cfm

Q2=43 cfm

MALLA III

MALLA IV


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9.- Se debe de sumar y restar segn sentido de la

malla Qmalla_3=2 y Qmalla_4=0 a los caudales respectivos.

10.- Cambiar sentido a los caudales negativos.

20 CFM

100 CFM

65 CFM

15 CFM

R1=1

R5=2

R2=2

R4=1

Q1=57+2

Q4=38-0

Q5=27+0

Q2=43-2

MALLA III

MALLA IV


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11.-En la malla tenemos un error de 1.56 cfm pero si nos vamos al

primer error que calculamos fue 12.01 cfm y nosotros tomamos 13cfm de error por lo tanto el 1.56 cfm es compensado con ladiferencia de 13-12.01 = 0.99 cfm entonces 1.56-0.99= 0.57 cfm 0

12.-Tambin calculamos que en la malla IV el error = -0.07 cfm 0por lo tanto, encontramos un error mnimo, entonces estos sern

nuestros caudales verdaderos:

20 CFM

100 CFM

65 CFM

15 CFM

R1=1

R5=2

R2=2

R4=1

Q1=59 cfm

Q4=38 cfm

Q5=27 cfm

Q2=41 cfm

Nodo 1

Nodo 3

Nodo 2


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13.- Comprobamos los caudales dados, por la ley de kirchof segn los nodos. Lasumatoria de los caudales debe de ser 0.

Nodo 1: se considera el ventilador aspirante de 20 cfm

Q1=20+Q4+Q3

20+Q4+Q3-Q1=0

20+38+1-59=0


Q4+Q5=65

Q4+Q5-65=0

38+27-65=0


Q3+Q2=Q5+15

Q3+Q2-Q5-15=0

1+41-27-15=0


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20 CFM

100 CFM

65 CFM

15 CFM

R1=1

R5=2

R2=2

R4=1

Q1=59 cfm

Q4=38 cfm

Q5=27 cfm

Q2=41 cfm

14.- Por lo tanto el circuito con los caudales

corregidos queda:

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