Proyecto de Ventilacion y Aforo Mina El Pimiento 6.0

Universidad de Santiago de Chile Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería en Minas

Proyecto de Ventilación y Aforo de Mina El Pimiento

Integrantes: Juan Barrera Daniel Bravo Felipe Espinoza Rodolfo Guzmán Pablo Sandoval

Profesor: Omar Gallardo

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RESUMEN EJECUTIVO

El presente informe da cuenta de los resultados obtenidos por el grupo de trabajo en el

laboratorio del curso Servicios Minas el día jueves 24 de Abril del año 2011. La labor realizada

fue el aforo o la toma de medidas y el posterior cálculo de los parámetros necesarios para llevar

a cabo un análisis de la Mina estudiada y así determinar los posibles problemas que esta

presenta. El lugar de trabajo fue la Mina El Pimiento, ubicada en la zona de Chancón en el sector

Anita, en la ciudad de Rancagua (sexta región).

Se dio comienzo a la tarea con la entrega de los elementos de trabajo: Anemómetro,

Psicómetro, Aneroide, tubo de ensayo, linternas LED y huincha de fibra de vidrio de 30 (m) de

longitud, en la sala de laboratorio de Servicios Minas, ubicada en las dependencias de la Ex-

ENAMI, USACH. Luego se inicio el viaje hasta la Mina El Pimiento en bus.

Al llegar al lugar de trabajo, se recabó información sobre la Mina y se comenzó a tomar datos

del compresor utilizado. Después se distribuyeron los grupos (tres) por sector de la mina y se

dio inicio al recorrido de esta.

Se comenzó tomando lecturas en la entrada de la mina, donde se midió la presión instrumental

(Aneroide), la temperatura húmeda y seca (Psicómetro), ancho y largo de la galería (huincha), y

la velocidad del flujo de aire (Anemómetro) Este procedimiento se fue repitiendo cada ciertos

metros al ir avanzando hacia el interior de la mina con exhaustiva rigurosidad, pues, de esto

depende la calidad de los resultados. Cada grupo debió medir los lugares que estimó

convenientes y hasta un sector delimitado por el profesor de la asignatura.

Luego de que cada grupo midiera su sector correspondiente, se analizaron los valores obtenidos

con el fin de llegar a datos más precisos y correctos, procurando que el punto final de un grupo,

coincidiera con el inicial de otro en términos de medidas.

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Posteriormente, se llevaron a cabo los cálculos de los parámetros necesarios para realizar el

análisis de la Mina; es decir; áreas, caudales, pérdidas, reguladores, costos y rendimientos del

compresor.

Al revisar los resultados obtenidos, se puede ver que gran parte de las medidas no fueron

tomadas con el cuidado necesario, por lo que se debió realizar algunos cambios en estas para

poder llevar a cabo un trabajo eficiente. Además en ciertos sectores, la comprensión de ciertas

medidas no era del todo clara, lo que llevo a generar complicaciones a la hora de querer realizar

los cálculos. Luego de hacer las modificaciones pertinentes y adecuadamente justificadas, se

logró realizar el trabajo sin problemas, obteniendo los valores requeridos para el análisis.

Las causas de error fueron prácticamente humanas, es decir, el utilizar incorrectamente los

instrumentos, omitir zonas importantes en el recorrido del sector designado, la falta de

rigurosidad al realizar las medidas, entre otras posibles causas. Este error debió ser trabajado

para asegurar la precisión de las lecturas y para la obtención de resultados apropiados.

Se recomienda que el individuo que manipule los instrumentos sea cuidadoso y cauteloso a la

hora de realizar mediciones, pues, cada acción que ejecute siempre estará sujeta a un posible

error. Es obligación de este disminuir las posibles causas de error.

A modo de conclusión, el trabajo realizado por el equipo de trabajo cumplió los objetivos

planteados, determinando los problemas presentes en la mina y como solucionarlos. Parte de

estos problemas fueron la deficiente ventilación y distribución del caudal de aire, excesivas

galerías sin uso, fugas en la manguera de aire comprimido, entre otros.

4

Índice

Índice temático

Parte 1

Pág.

Resumen ejecutivo…………………………………………………………………….. 2

Índice………………………………………………………………………………….. 4

Introducción…………………………………………………………………………… 6

Objetivos generales…………………………………………………………………… 8

Objetivos específicos………………………………………………………………….. 8

Marco teórico…………………………………………………………………………… 9

Desarrollo…………………………………………………................................. 13

Comentarios…………………………………………………………………………………. 35

Recomendaciones y Conclusiones………………………………………………… 36

Bibliografía…………………………………………………………………………………. 37

Anexos…………………………………………………………………………………………… 38

Índice de tablas Pág.

Tabla 1: Datos terreno grupo 1……………………………………………………………... 20

Tabla 2: Datos terreno grupo 2…………………………...................................... 20

Tabla3: Datos terreno grupo 3…………………..…………………………………………. 21

Tabla 4: Temperatura, presión y densidad grupo 1………………………………... 23

Tabla 5: Temperatura, presión y densidad grupo 2……………..................... 23

Tabla 6: Temperatura, presión y densidad grupo 3……………………………….. 24

Tabla 7: Coeficiente de McElroy grupo 1……………………………………………….. 25

Tabla 8: Coeficiente de McElroy grupo 2………………………………………………… 26

5

Tabla 9: Coeficiente de McElroy grupo 3………………………………………………… 26

Tabla 10: Pérdidas por fricción grupo 1…………………………........................... 28

Tabla 11: Pérdidas por fricción grupo 2…………………..……………………………… 29

Tabla 12: Pérdidas por fricción grupo 3………………………………..................... 29

Tabla 13: Pérdidas por choque grupo 1……………........................................ 31

Tabla 14: Pérdidas por choque grupo 2………………………………………………….. 32

Tabla 15: Pérdidas por choque grupo 3………………………………………………….. 32

Tabla 16: Pérdidas totales…………………………………………………………………………. 33

Tabla 17: Área reguladores……………………………………………………………………… 34

Parte 2 Pág.

Introducción……………………………………………………………... 53

Datos del compresor…………………………...................................... 54

Datos del motor…………………..…………………………………………. 55

Curvas de desempeño………………………………... 56

Cálculos de rendimientos……………..................... 57

Conclusiones……………………………….. 64

Bibliografía……………………………………………….. 65

Anexos………………………………………………… 66

6

INTRODUCCIÓN

El aire fresco es indispensable para la vida humana, y en consecuencia, es fundamental para la

gente que trabaja en condiciones de minería subterránea. Es por eso que se requiere de un

aforo de excelente calidad, para así tener una estimación cercana de cuanto es lo que

realmente se necesita inyectar en el interior de la mina para asegurar el bienestar del personal,

el adecuado funcionamiento de las maquinarias diesel y evacuación de gases producidos por

explosivos, en este sentido, conocer el caudal requerido es primordial para el diseño de una red

de ventilación acorde con las necesidades de la mina.

Este trabajo corresponde al aforo realizado en la mina de oro “El Pimiento”, en la zona de

Chancón en el sector Anita, en la ciudad de Rancagua, capital de la sexta región del Libertador

Bernardo O’Higgins, en las coordenadas (-34.061815,-70.850369). En la cual se realizaron

mediciones de flujo de aire, presión y temperatura a lo largo de toda la mina, para poder

calcular el caudal natural de aire con que cuenta la mina y con estos poder hacer un análisis de

las condiciones de ventilación de la mina.

Imagen 1. Fotografía satelital de las instalaciones de la mina “El Pimiento”.

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Esta salida a terreno programada se realizó fundamentalmente para poner en práctica los

conocimientos adquiridos recientemente de Ventilación de Minas. Se llevo a cabo un aforo

completo de toda la mina, se averiguó la cantidad de gente que trabaja dentro de la mina, los

equipos diesel que operan constantemente en esta, las tronaduras realizadas por día, y la

cantidad y tipo de explosivo utilizado por cada tronadura. Todo esto con el fin de poder

averiguar empíricamente cual es el caudal necesario que requiere la mina para trabajar en

condiciones aceptables de cantidad de aire fresco y aire viciado admisible de tal forma que se

cumplan con las normas y leyes jurídicas establecidas por la Republica de Chile (DS 132/04 y DS

594/00).

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OBJETIVOS

Objetivo general

Realizar aforo de ventilación en la mina “El Pimiento” en la zona de Chancón, VI región de

Chile, General Libertador Bernardo O’Higgins.

Objetivos Específicos

Determinar presión atmosférica de la mina y en diferentes secciones dentro de esta,

utilizando el anemómetro.

Medir temperatura seca y húmeda en distintos sectores del interior de la mina, utilizando el

psicómetro.

Determinar la altitud a la que se encuentra la mina.

Medir las velocidades de los flujos de aire que fluyen por el interior de la mina para los

distintos sectores de esta mediante una rueda alada.

Con los datos obtenidos calcular la humedad relativa del ambiente para cada sector dentro

de la mina.

Calcular las pérdidas de cargas (fricción y/o choque).

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MARCO TEÓRICO Instrumentos Utilizados

Aneroide:

Instrumento que sirve para medir la presión atmosférica. Su principio de funcionamiento se

basa en la contracción ó dilatación que sufre una capsula metálica sellada al vacio producto de

las variaciones en la presión atmosférica. La capsula aneroide es una celda de paredes metálicas

muy delgadas fabricadas por lo general de fosfato de bronce o de una aleación de cobre y

berilio.

Psicómetro:

Es un aparato utilizado para medir la humedad o contenido de vapor de agua en el aire. Los

psicómetros constan de un termómetro de bulbo húmedo y un termómetro de bulbo seco. La

humedad puede medirse a partir de la diferencia de temperatura entre ambos aparatos. El

bulbo húmedo medirá una temperatura inferior producida por la evaporación de agua. Es

importante para su correcto funcionamiento que el psicómetro se instale aislado de vientos

fuertes y de la luz solar.

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Anemómetro:

Los anemómetros de rueda alada son instrumentos para la medición de al velocidad del viento.

Estos aparatos obtienen una precisión máxima en velocidad a partir de 0,25 m/s.

Huincha de fibra de vidrio:

Es una huincha echa de fibra de vidrio que esta graduada al mm, cm y al m. La ocupada en la

experiencia era de 30 m de longitud. Debido a su gran confiabilidad en las medidas y en el

precio.

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CONCEPTOS UTILIZADOS

Presión Atmosférica

Es la presión ejercida por el aire en cualquier punto de la atmósfera.

Humedad Relativa

Es una medida del contenido de humedad del aire y, en esta forma, es útil como indicador de la

evaporación, transpiración y probabilidad de lluvia convectiva. No obstante, los valores de

humedad relativa tienen la desventaja de que dependen fuertemente de la temperatura del

momento. Ésta se mide en porcentaje, donde la humedad relativa máxima posible es el 100% y

en este caso el valor indica que no cabe una gota más de agua en el ambiente donde se realizó

la medición.

Temperatura Húmeda

Es la temperatura que da un termómetro bajo sombra, con el bulbo envuelto en

una mecha de algodón húmedo bajo una corriente de aire. La corriente de aire se produce

mediante un pequeño ventilador o poniendo el termómetro en un molinete y haciéndolo girar.

Al evaporarse el agua, absorbe calor rebajando la temperatura, efecto que reflejará el

termómetro. Cuanto menor sea la humedad relativa del ambiente, más rápidamente se

evaporará el agua que empapa el paño. Este tipo de medición se utiliza para dar una idea de

la sensación térmica, o en los psicrómetros para calcular la humedad relativa y la temperatura

del punto de rocío.

Temperatura Seca

Se le llama a la temperatura del aire, prescindiendo de la radiación calorífica de los objetos que

rodean ese ambiente concreto, y de los efectos de la humedad relativa y de los movimientos de

aire. Se puede obtener con el termómetro de mercurio, respecto a cuyo bulbo, reflectante y de

color blanco brillante, se puede suponer razonablemente que no absorbe radiación.

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Aire Comprimido

Se refiere a una tecnología o aplicación técnica que hace uso de aire que ha sido sometido

a presión por medio de un compresor. En la mayoría de aplicaciones, el aire no sólo se

comprime sino que también se deshumifica y se filtra. El uso del aire comprimido es muy común

en la industria, su uso tiene la ventaja sobre los sistemas hidráulicos de ser más rápido, aunque

es menos preciso en el posicionamiento de los mecanismos y no permite fuerzas grandes. Todo

tipo de máquina nunca puede trabajar a su 100% debido a que existen muchos factores que

determinan el funcionamiento de este, uno de ellos es el manejo que le da el operador de la

máquina.

Caudal de aire

Caudal corresponde a la cantidad de flujo de aire que pasa por determinado elemento por unidad de

tiempo. También puede ser visto como el volumen de aire que fluye en un área dada por unidad de

tiempo.

Puede calcularse con las siguientes expresiones:

Donde V: Velocidad A: Área : Volumen

t: Tiempo Q: Caudal

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DESARROLLO Y CÁLCULOS

Como se explicó anteriormente, el 24 de abril de 2011, se realizó una visita a la mina “El Pimiento” para realizar un aforo de esta y analizar su sistema de ventilación. Llegado al lugar, se procedió a inspeccionar los compresores que suministran aire a la mina y además se tomó registro de los valores ambientales en el lugar (presión y temperatura). Esta primera parte concluyó con la designación de los grupos para realizar las mediciones correspondientes al interior de la mina, correspondiendole a nuestro grupo el tramo final o sector 3. Se empezó alrededor de las 10:48 horas con el registro de velocidad de flujo del aire, temperaturas seca y húmeda, presión, distancia entre puntos y dimensiones de la galería (alto y ancho) junto con un registro visual en cada punto de medición a lo largo de nuestro sector. Finalizó el registro de las labores a las 13.20 horas. Primero se presenta un diagrama de flujo con el paso a paso de cómo se trabajó y a su vez se indica los caudales teóricos (caudal hombre, por método de explotación) para obtener una referencia y hacer la comparación con la realidad. Luego los datos tabulados de cada grupo, a la vez también se deja constancia de los sectores y puntos registrados con los respectivos mapas. Cabe mencionar que las imágenes con las dimensiones de las galerías están adjuntas en el anexo 2, al final de este informe. También se muestra el desarrollo, con ejemplos, para la obtención de los distintos parámetros solicitados y planteados en los objetivos como por ejemplo: humedad relativa, densidad del aire, coeficiente de McElroy, entre otros.

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En el siguiente diagrama de flujo, se indicarán los pasos realizados en terreno de manera que se facilite la comprensión de lo que se llevo a cabo dentro de la Mina El Pimiento.

Retirar instrumentos a utilizar en las dependencias de la Ex-Enami: Psicómetro, Anemómetro, Aneróide, Huincha de fibra de vidrio, linternas LED y tubo de ensayo.

Movilizarse al lugar de trabajo (Mina El Pimiento) y comenzar a realizar las medidas correspondientes:

a) Con el Psicómetro, medir la temperatura humeda hasta obtener el menor valor y despúes la temperatura seca.

b) Con el Anemómetro, medir la velocidad del flujo de aire durante un minuto.

c) Utilizando el Aneróide, obtener la presión instrumental.

d) Realizar lecturas del ancho y alto de la galería usando la huincha, y además medir la distancia entre cada zona.

Repetir el procedimiento en cada zona escogida hasta completar el sector designado con anterioridad.

15

MAPA – Sector 1

16

MAPA – Sector 2

17

MAPA – Sector 3

18

REQUERIMIENTOS DE CAUDAL

Para satisfacer las necesidades de aire presentes en la mina “El Pimiento” debemos tener

conocimiento del caudal de aire requerido mínimo por equipo y por hombre trabajando en las

instalaciones.

Para ellos utilizamos la siguiente expresión que relaciona el tipo de maquinaria y también la

cantidad de hombre en la labor.

Siendo “a” la potencia mayor dentro de los equipos que se utilizan dentro de las instalaciones y

“N” el número total de hombres que trabajan en la labor.

Por lo tanto tenemos:

6 personas trabajando

1 camión de 120 BHP

2 scoop de 80 BHP

3 perforadoras (diesel) de 80 BHP

Llevando estos datos a la ecuación obtenemos.

= (120 1 100) + (80 0,75 100) + (80 0,5 100) + (3 0,5 80*100) + (7 100)

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Pero también nos interesa saber el caudal requerido por cantidad de explosivo y en la mina que

nos compete estudiar se utiliza ANFO más EMULTEX, y la expresión que relaciona la cantidad de

explosivos con los gases nocivos que produce es la siguiente:

Donde, A= Kilos de explosivos, a= la cantidad del gas nocivo que produce el explosivo, los es

el límite permisible del gas que produce el explosivo, y “t” es el tiempo de ventilación que para

nuestro estudio lo planificaremos como 30 minutos después de cada tronada.

Sabemos que el ANFO obedece la siguiente reacción.

3 + 7 + +

Por lo tanto si tenemos 25 / obtendremos una cantidad de gas nocivo igual a:

= 104,17 = 4583

Entonces el ANFO produce

Para saber cuánto produce el ANFO utilizamos una expresión similar a la anterior.

25 =312,5

= 312,5 = 4375

20

Entonces el ANFO produce una cantidad de

Por lo tanto el caudal que se requiere por cantidad de explosivo es igual a:

Como los caudales por cantidad de explosivos son mínimos en comparación con la necesidad

que se genera con los equipos y con el de personas de trabajo se deberá inyectar una cantidad

igual a 34.700 para satisfacer por completo las necesidades de la mina.

21

A continuación se presentan los datos obtenidos en la salida a terreno de los tres grupos a lo largo de la mina El Pimiento:

Zona

Hora

Presión Barométrica

(in Hg)

Temperatura Húmeda

(°C)

Temperatura Seca (°C)

Área Galería

(m²)

Velocidad de flujo

(m³/min)

G R U P O

1

ENT 10.30 27,90 10,25 11,8 NR NR

1 NR 28,25 10,3 12,8 6,8310 72

2 NR 28,30 10,2 12,4 6,2759 48

3 NR 28,35 10,8 11,8 7,0380 61

4 NR 28,35 10,8 11,8 6,9012 39

5 NR 28,35 10,8 11,8 8,0730 36

6 NR 28,35 10,8 11,8 6,5520 38

7 NR 28,45 11,4 12,8 4,3330 47

8 NR 28,45 12,0 12,8 4,3556 72

9 NR 28,50 12,0 12,8 4,4280 55

Tabla 1: Datos terreno grupo 1 NR: No registrado – ENT: zona correspondiente a la entrada de la mina Nota: Originalmente contaba con una zona 10 pero se omitió debido a incongruencias en los valores entregados

Zona Hora Presión

Barométrica (in Hg)

Temperatura Húmeda

(°C)


Área Galería

(m²)

Velocidad de flujo

(m³/min)

G

R

U

P

O

2

1 10:37 28,50 11,4 12,2 4,2854 75

2 10:55 28,50 11,6 12,9 4,1266 60

3 11:02 28,50 11,6 12,9 4,8620 81

4 11:05 28,55 11,1 13,1 8,6640 57

5 11:18 28,60 12,2 14,4 5,1300 45

6 11:39 28,60 12,4 13,5 6,9272 78

7 11:50 28,52 12,8 13,6 4,2420 90

8 12:00 28,60 13,1 14,1 11,1930 51

9 12:09 28,61 13,4 14,1 5,0400 120

10 12:17 28,70 13,2 14,2 5,6608 102

Tabla 2: Datos terreno grupo 2

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Zona Hora

Presión Barométrica

(in Hg)

Temperatura Húmeda

(°C)


Área Galería

(m²)

Velocidad de flujo

(m³/min)

G R U P O

3

1 10:48 28,6 14,15 15,0 6,6955 84,859

2 11:05 28,6 14,2 15,0 9,0327 46,560

3 11:27 28,6 14,2 14,8 7,8417 52,692

4 11:43 28,6 14,2 15,0 6,0761 51,108

5 11:54 28,6 14,4 15,4 4,0870 71,600

6 12:05 28,7 14,8 15,8 4,395 58,415

7 12:15 28,8 15,6 16,0 3,6339 58,013

8 12:25 28,8 14,9 15,4 5,6616 68,097

9 12:40 28,8 15,4 16,4 3,1257 65,631

10 12:45 28,6 14,0 14,8 5,8546 25,213

11 12:50 28,6 14,2 15,2 4,8615 19,021

12 12:57 28,4 14,1 14,7 4,1535 13,275

13 13:00 28,3 14,2 15,1 4,5628 10,528

14 13:07 28,0 14,8 15,8 5,5784 6,831

15 13:14 27,9 15,0 15,6 6,8763 0,775

16 13:20 27,9 15,0 15,8 4,2055 7,831

Tabla 3: Datos terreno grupo 3 Antes de trabajar con los valores expuestos con anterioridad, se debe rectificar la presión entregada por el aneroide ya que esta no considera la altitud y se hará utilizando la ecuación entregada por el aneroide en el laboratorio más la ecuación generada por la tabla A-1 del libro Mine Ventilation and Air Conditioning, de Hartman.

=

23

CÁLCULO HUMEDAD RELATIVA Y DENSIDAD DEL AIRE

Para la humedad relativa, necesitamos las temperaturas entregadas por el psicrómetro (se usara la zona 1 del grupo 3 como ejemplo ilustrativo, pero el procedimiento se aplica a todos las zonas de igual forma):

Ubicamos estas temperaturas en la tabla A-4 Psychometric Data for Air-Water-Vapor Mixtures, de Hartman:

Utilizando la fórmula de humedad relativa (ф), nos queda que:

Finalmente, la humedad relativa (en tanto por ciento) es de 96,48% Para la densidad del aire, utilizamos la siguiente fórmula:

|

24

Se adjunta los cálculos correspondientes a los tres grupos:

GRUPO 1

Zona T°

Seca (F)

T° Húmeda

(F)

T° Seca (R)

Ps (in Hg)

Ps’ (in Hg)

Presión Aneroide

(in Hg)

Presión Real

(in Hg)

H.R

(%)

W (lb/ft ³)

Ent 53,24 50,45 513,24 0,4049 0,3761 27,90 27,7806 92,887 0,07135

1 55,04 50,54 515,04 0,4356 0,3761 28,25 27,7470 86,341 0,07102

2 54,32 50,36 514,32 0,4200 0,3624 28,30 27,7422 86,286 0,07112

3 53,24 51,44 513,24 0,4049 0,3761 28,35 27,7374 92,887 0,07124

4 53,24 51,44 513,24 0,4049 0,3761 28,35 27,7374 92,887 0,07124

5 53,24 51,44 513,24 0,4049 0,3761 28,35 27,7374 92,887 0,07124

6 53,24 51,44 513,24 0,4049 0,3761 28,35 27,7374 92,887 0,07124

7 55,04 52,52 515,04 0,4356 0,4049 28,45 27,7278 92,952 0,07094

8 55,04 53,60 515,04 0,4356 0,4200 28,45 27,7278 96,419 0,07092

9 55,04 53,60 515,04 0,4356 0,4200 28,50 27,7230 96,419 0,07091

Tabla 4: Temperatura, presión y densidad grupo 1

GRUPO 2

Zona T°

Seca (F)

T° Húmeda

(F)

T° Seca (R)

Ps (in Hg)

Ps’ (in Hg)

Presión Aneroide

(in Hg)

Presión Real

(in Hg)

H.R

(%)

W (lb/ft ³)

1 53,96 52,52 513,96 0,4200 0,4049 28,50 27,7230 96,405 0,07108

2 55,22 52,88 515,22 0,4356 0,4049 28,50 27,7230 92,952 0,07090

3 55,22 52,88 515,22 0,4356 0,4049 28,50 27,7230 92,952 0,07090

4 55,58 51,98 515,58 0,4518 0,3903 28,55 27,7182 86,388 0,07085

5 57,92 53,96 517,92 0,4856 0,4200 28,60 27,7134 86,491 0,07049

6 56,30 54,32 516,30 0,4518 0,4200 28,60 27,7134 92,961 0,07071

7 56,48 55,04 516,48 0,4684 0,4356 28,52 27,7211 92,997 0,07069

8 57,38 55,58 517,38 0,4684 0,4518 28,60 27,7134 96,456 0,07054

9 57,38 56,12 517,38 0,4684 0,4518 28,61 27,7124 96,456 0,07053

10 57,56 55,76 517,56 0,4856 0,4518 28,70 27,7038 93,040 0,07049

Tabla 5: Temperatura, presión y densidad grupo 2

25

GRUPO 3

Zona T°

Seca (F)

T° Húmeda

(F)

T° Seca (R)

Ps (in Hg)

Ps’ (in Hg)

Presión Aneroide

(in Hg)

Presión Real

(in Hg)

H.R

(%)

W (lb/ft ³)

1 59,00 57,47 519,00 0,5033 0,4856 28,6 27,7134 96,483 0,07028

2 59,00 57,56 519,00 0,5033 0,4856 28,6 27,7134 96,483 0,07028

3 58,64 57,56 518,64 0,5033 0,4856 28,6 27,7134 96,483 0,07033

4 59,00 57,56 519,00 0,5033 0,4856 28,6 27,7134 96,483 0,07028

5 59,72 57,92 519,72 0,5216 0,4856 28,6 27,7134 93,098 0,07019

6 60,44 58,64 520,44 0,5216 0,5033 28,7 27,7038 96,492 0,07005

7 60,80 60,08 520,80 0,5405 0,5216 28,8 27,6942 96,503 0,06996

8 59,72 58,82 519,72 0,5216 0,5033 28,8 27,6942 96,492 0,07012

9 61,52 59,72 521,52 0,5599 0,5216 28,8 27,6942 93,159 0,06986

10 58,64 57,20 518,64 0,5033 0,4684 28,6 27,7134 93,066 0,07035

11 59,36 57,56 519,36 0,5033 0,4856 28,6 27,7134 96,483 0,07023

12 58,46 57,38 518,46 0,5033 0,4684 28,4 27,7326 93,066 0,07042

13 59,18 57,56 519,18 0,5033 0,4856 28,3 27,7422 96,483 0,07033

14 60,44 58,64 520,44 0,5216 0,5033 28,0 27,7710 96,492 0,07022

15 60,08 59,00 520,08 0,5216 0,5033 27,9 27,7806 96,492 0,07029

16 60,44 59,00 520,44 0,5216 0,5033 27,9 27,7806 96,492 0,07024

Tabla 6: Temperatura, presión y densidad grupo 3 Ps: Presión de saturación, temperatura seca Ps’: Presión de saturación, temperatura húmeda HR: Humedad relativa W: Densidad del aire

26

CÁLCULO COEFICIENTE DE McELROY Para la obtención de dicho coeficiente, se utilizan los mapas y fotos de los sectores para ver la forma y obstrucción que presentan las galerías. Además como este valor de K es subjetivo (valores tabulados), utilizamos la siguiente fórmula para rectificarlo (tomando un ejemplo de la zona 1 del grupo 3):

El valor de k se obtiene de la siguiente descripción de la zona 1 del grupo 3: Roca ígnea con irregularidades en la superficie promedio, de forma recta y levemente obstruida. Revisando la tabla, resulta un valor de 150E-10 y el valor de la densidad del aire (obtenido anteriormente) era 0,07028 [lb/ft ³] por lo tanto, reemplazando en la fórmula:

Se presenta a continuación los cálculos para todos los grupos (cabe señalar que para todos los grupos se consideró roca ígnea):

GRUPO 1

Zona Irregularidad

Superficie Forma Galería

Tipo de Obstrucción

K tabulado (

K corregido

1 Mínimo Recta Limpia 90 85,21996

2 Promedio Levemente curva Levemente obstruida 155 146,97518

3 Promedio Recta Limpia 145 137,73243


5 Promedio Curva moderada Levemente obstruida 165 156,73000

6 Promedio Recta Levemente obstruida 150 142,48182




Tabla 7: Coeficiente de McElroy grupo 1

27

GRUPO 2

Zona Irregularidad



K tabulado (

K corregido








8 Promedio Curva moderada Levemente obstruida 165 155,17944




GRUPO 3

Zona Irregularidad



K tabulado (

K corregido


2 Promedio Recta Moderadamente obstruida 160 149,93775



5 Promedio Curva moderada Moderadamente obstruida 175 163,76722



8 Promedio Recta Moderadamente obstruida 160 149,58921

9 Promedio Levemente curva Moderadamente obstruida 165 153,69278

10 Promedio Levemente curva Limpia 155 145,38734


12 Promedio Levemente curva Moderadamente obstruida 165 154,92885






28

CÁLCULO PÉRDIDAS DE CARGA Se sabe que para calcular la carga estática de la mina, es lo mismo que la suma de las pérdidas de carga por fricción y por choque, lo que matemáticamente se explica cómo:

Para las pérdidas por fricción, se utiliza la siguiente fórmula:

P: Perímetro – L: Longitud – Q: Caudal – A: Área – Kc: Coeficiente de McElroy corregido Se tomara a modo de ejemplo la zona 2 del grupo 2 para realizar el cálculo:

P=26, 9219 ft – L=111, 5157 ft – Q=8743, 7702 ft ³/min – A=44, 4198 ft/min – Kc=141, 8042E-10 Reemplazando en la formula y obtenemos:

GRUPO 1

Zn Alto (m)

Ancho (m)

Largo (m)

Perímetro (ft)

Área (ft²)

Velocidad (ft/min)

Caudal (ft³/min)

Kc (e-10

Hf (in Hg)

1 3,30 2,30 0 33,071 73,531 236,2205 17367,7531 85,2200 0

2 2,98 2,34 14 31,417 67,555 157,4803 10636,7776 146,9752 0,00150

3 3,40 2,30 17 33,661 75,759 200,1312 15160,5864 137,7324 0,00263

4 2,84 2,70 11 32,717 74,286 127,9528 9503,1768 137,7324 0,00069

5 2,60 3,45 26 35,728 86,900 118,1102 10262,4421 156,7300 0,00147

6 2,60 2,80 31 31,890 70,527 124,6719 8793,3520 142,4818 0,00196

7 2,04 2,36 21 25,984 46,642 154,1995 7190,0661 141,8785 0,00249

8 2,18 2,22 43 25,984 46,885 236,2205 8461,3941 141,8491 0,00695

9 2,05 2,40 27 26,280 47,664 180,4462 7038,2131 141,8244 0,00290

Tabla 10: Pérdidas por fricción grupo 1

29

-El área y perímetro se calculó considerándolo como un rectángulo y multiplicándolo por un factor de irregularidades igual a 0,9 (información proporcionada por dicho grupo) -Se utilizó la conversión 1ft = 0,3048 m

GRUPO 2

Zn Alto (m)

Ancho (m)

Largo (m)

Perímetro (ft)

Área (ft²)

Velocidad (ft/min)

Caudal (ft³/min)

Kc (e-10

Hf (in Hg)

1 2,39 2,44 0 26,248 46,129 246,0630 11350,3105 142,1518 0

2 1,88 2,52 33,99 26,922 44,420 196,8504 8743,7702 141,8042 0,00714

3 2,21 2,20 24,53 28,937 52,336 265,7480 13907,6927 141,8042 0,00857

4 2,28 3,80 35,28 39,895 93,262 187,0079 17440,0775 141,7089 0,00472

5 2,28 2,25 15,43 29,724 55,221 147,6378 8152,3908 140,9866 0,00161

6 2,10 4,20 47,12 10,823 74,566 255,9055 19081,2772 141,4290 0,00400

7 2,02 2,10 60,80 27,034 45,662 295,2756 13482,4335 141,3889 0,02800

8 2,46 4,55 74,96 45,997 120,48 167,3228 20159,1303 155,1794 0,00784

9 2,80 1,80 59,31 30,184 54,252 393,7008 21358,3104 141,0673 0,04552

10 1,99 2,66 44,71 20,563 60,934 334,6457 20390,7451 140,9740 0,01503

Tabla 11: Pérdidas por fricción grupo 2 -El área y perímetro se calculó según las figuras adjuntas en el anexo 1 de este trabajo

GRUPO 3

Zn Alto (m)

Ancho (m)

Largo (m)

Perímetro (ft)

Área (ft²)

Velocidad (ft/min)

Caudal (ft³/min)

Kc (e-10

Hf (in Hg)

1 2,2 3,0 0 32,393 72,072 278,4088 20064,8555 140,5666 0

2 2,7 3,0 22,5 38,483 97,230 152,7559 14852,0249 149,9377 0,00197

3 2,4 2,8 25,0 36,923 84,410 172,8740 14591,8386 140,6642 0,00290

4 2,1 2,5 21,6 34,151 65,405 167,6772 10966,5219 140,5666 0,00281

5 2,0 2,5 45,0 27,596 43,994 234,9081 10334,1027 163,7672 0,01609

6 2,1 2,3 18,0 27,038 47,309 191,6503 9066,4730 140,0948 0,00334

7 1,8 2,1 18,0 26,256 39,116 190,3314 7444,8064 139,9139 0,00386

8 2,3 2,7 14,2 32,987 60,943 223,4154 13615,1451 149,5892 0,00362

9 2,2 1,7 15,9 24,086 33,646 215,3248 7244,5502 153,6928 0,00513

10 2,2 2,6 15,1 32,024 63,020 82,7198 5212,8696 145,3873 0,00048

11 2,3 2,4 12,6 28,169 52,330 62,4049 3265,5681 140,4692 0,00023

12 2,3 2,8 21,1 24,296 44,709 43,5531 1947,1699 154,9289 0,00021

13 2,1 2,7 24,5 26,311 49,115 34,5407 1696,4162 135,9761 0,00013

14 2,5 2,3 45,0 30,279 60,047 22,4114 1345,7025 135,7557 9,761E-05

15 2,5 2,3 22,0 33,060 74,018 2,5427 188,1965 140,5831 5,634E-07

16 2,1 1,9 23,5 26,455 45,269 25,6923 1163,0275 140,4858 8,034E-05

Tabla 12: Pérdidas por fricción grupo 3 -El área y perímetro se obtuvo según lo generado por el programa AutoCAD con las figuras adjuntas en el anexo 2 de este trabajo.

30

Para las pérdidas por fricción, se utiliza la siguiente ecuación:

Donde a su vez, los parámetros están definidos por:

W: Densidad del aire – v: Velocidad de flujo

El parámetro X se determina según la situación que ocurre por donde pasa el flujo dentro de las posibles a analizar en este caso son:

Cambio de dirección

Obstrucción de equipo

Contracción/Expansión gradual

Contracción/Expansión abrupta

Regulador

A modo de ejemplo, se utilizan los datos del grupo 3 para el cálculo de las perdidas,

obteniendose lo siguiente:

Utilizando los datos del sector 8, se tiene:

Por lo tanto, Hv quedaría:

Para el cálculo de X, se tiene que:

Si se está en presencia de contracción gradual como en el sector 5, se utilizan las siguientes formulas:

Donde:

31

Reemplazando los valores, resulta:

En cambio, si se tiene expansión abrupta, lo que corresponde al sector 8, se usa lo siguiente:

Por lo tanto, reemplazando se obtiene:

Finalmente, para obtener Hx se utiliza X y Hv, que en este caso serán del sector 8:

A continuación se muestra la tabla con los respectivos cálculos por grupo:

GRUPO 1

Zona Densidad (lb/ft ³)

Velocidad (ft/min)

Hv (in

X Hx

(in

1 0,07102 236,2205 0,00329 2,434 0,00800

2 0,07112 157,4803 0,00146 0,010 1,463E-05

3 0,07124 200,1312 0,00237 0,070 0,00017

4 0,07124 127,9528 0,00097 1,512 0,00146

5 0,07124 118,1102 0,00082 0,315 0,00026

6 0,07124 124,6719 0,00092 2,18E-04 2,006E-07

7 0,07094 154,1995 0,00140 0 0

8 0,07092 236,2205 0,00328 0 0

9 0,07091 180,4462 0,00192 0 0

Tabla 13: Pérdidas por choque grupo 1

32

GRUPO 2


Velocidad (ft/min)

Hv (in

X Hx

(in

1 0,07108 246,0630 0,00357 0 0

2 0,07090 196,8504 0,00228 0 0

3 0,07090 265,7480 0,00415 0,612 0,00254

4 0,07085 187,0079 0,00206 0,475 0,00098

5 0,07049 147,6378 0,00127 0,122 0,00016

6 0,07071 255,9055 0,00384 8,19E-03 3,1467E-05

7 0,07069 295,2756 0,00511 8,892 0,04546

8 0,07054 167,3228 0,00164 1,494 0,00245

9 0,07053 393,7008 0,00907 0,015 0,00014

10 0,07049 334,6457 0,00655 0 0


GRUPO 3


Velocidad (ft/min)

Hv (in

X Hx

(in

1 0,07028 278,4088 0,0045 0 0

2 0,07028 152,7559 0,0014 1,832 0,00249

3 0,07033 172,8740 0,0017 0,057 9,938E-05

4 0,07028 167,6772 0,0016 2,187 0,00358

5 0,07019 234,9081 0,0032 0,0017 5,461E-06

6 0,07005 191,6503 0,0021 5,67E-03 1,209E-05

7 0,06996 190,3314 0,0021 0,454 0,00095

8 0,07012 223,4154 0,0029 0,311 0,00090

9 0,06986 215,3248 0,0027 0,659 0,00177

10 0,07035 82,7198 0,0004 0,2112 8,434E-05

11 0,07023 62,4049 0,0002 0,271 6,148E-05

12 0,07042 43,5531 0,0001 0,101 1,119E-05

13 0,07033 34,5407 6,9601E-05 9,78E-03 6,808E-07

14 0,07022 22,4114 2,9254E-05 0,050 1,463E-06

15 0,07029 2,5427 3,7694E-07 0,408 1,538E-07

16 0,07024 25,6923 3,8459E-05 13,498 0,00052


33

Utilizando la ecuación planteada antes se procede al cálculo de Hs:

(in )

Zona G1 G2 G3

1 0,00800 0 0

2 0,00151 0,00714 0,00446

3 0,00279 0,01111 0,00300

4 0,00215 0,00569 0,00640

5 0,00173 0,00177 0,01610

6 0,00196 0,00403 0,00335

7 0,00249 0,07346 0,00482

8 0,00695 0,01029 0,00452

9 0,00290 0,04566 0,00690

10 0,01503 0,00057

11 0,00030

12 0,00022

13 0,00014

14 9,9075E-05

15 7,1724E-07

16 0,00060

Sub-total 0,03049 0,17417 0,05417

0,25613 Tabla 16: Pérdidas totales

CÁLCULO ÁREAS REGULADORES

Para realizar el cálculo de las áreas de los reguladores se obtuvo un promedio de las áreas y del

coeficiente de choque (X) de cada sector medido por los respectivos grupos, luego se utilizó la

siguiente fórmula:

Donde: Ar es el área del regulador y A es el área (en este caso el área promedio de las galerías)

Para obtener Ar primero se debe determinar el valor de N, el cual corresponde a:

34

Donde: z corresponde al factor de contracción que depende de la forma de la galería

X es el coeficiente de choque

Por lo tanto, con los datos obtenidos de terreno se calcula el valor de N y posteriormente Ar.

Los datos obtenidos fueron los siguientes:

Grupo Área promedio

(ft²) X promedio N

Área regulador (ft²)

1 66,4801 0,434122 0,7387 49,1088

2 64,7266 1,161819 0,6271 40,5892

3 58,2897 1,337092 0,6095 35,5276

Tabla 17: Área regulador

Nota: se obtuvo a modo de ejemplo las áreas de los reguladores para cada grupo, pero se

explicará en las recomendaciones en que sector se ubicarán efectivamente los reguladores.

Ejemplo:

Para el caso de nuestro grupo al reemplazar los valores obtenidos resulta lo siguiente:

Luego al despejar Ar nos queda lo siguiente:

35

COMENTARIOS

Este trabajo presentó ciertas dificultades al realizarse, por las siguientes causas:

Fue bastante difícil obtener resultados coherentes con los datos adquiridos por los

grupos que hicieron el aforo del resto de la mina “el pimiento”.

Los datos nuestros con los de nuestros compañeros en muchas ocasiones no

concordaban y habían datos que fueron mal calculados y medidos.

Los datos medidos en terreno fueron difícil de medir, puesto que algunos instrumentos

no estaban en muy buenas condiciones, como por ejemplo la huincha de vidrio,

dificultando la medición de los anchos y altos de las galerías.

Pese a estos inconvenientes, el informe se pudo llevar a cabo con un gran esfuerzo, logrando los

objetivos del trabajo y obteniendo datos satisfactorios con los cuales se pudieron llegar a

conclusiones que pueden mejorar la calidad de la ventilación de la mina y del lugar de trabajo.

36

RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES Luego de obtener todos los valores necesarios para el respectivo análisis, se puede concluir que la mina posee un sistema deficiente de ventilación natural, ya que el caudal de aire que ingresa a la mina no se mantiene hasta el final, siendo casi nulo en este punto. Claramente esto es un peligro para las personas que trabajan en la mina, pues al no tener la cantidad de aire adecuada, se perjudica la salud y hasta peligra la vida de los trabajadores. Por lo tanto, el caudal de aire que necesita entrar en la mina es de 34.700 [cfm] o 1226,148 [m3/min] para cubrir las necesidades de esta. Además la dilución de los gases por la tronadura tardaría demasiado tiempo o hasta no se llevaría a cabo, lo cual también es un peligro para el personal. Adicionalmente, se tiene una precaria red de tuberías para los servicios básicos de la mina, como las tuberías de aire comprimido con una gran cantidad de fugas, lo cual genera que el aire inyectado por el compresor no llegue con la presión y caudal que se requiere al punto de interés. Por otra parte, habían bastantes galerías sin uso, las cuales solo generaban que se perdiera caudal y también se tenía algunas conexiones que solo direccionaban el flujo del aire caóticamente. Además, el tamaño de las galerías es muy variable, pasando de pequeñas áreas a muy grandes en varias ocasiones. Esto también es una causa de que el caudal de aire no sea suficiente para los requerimientos de la mina. Por lo tanto, para igualar las pérdidas en los tres grupos se tienen las siguientes alternativas:

1. Instalar los reguladores en las zonas del grupo uno y dos para aumentar las pérdidas e igualar al grupo tres.

2. Ubicar ventiladores en las labores del grupo uno y tres para disminuir las pérdidas e igualar con el grupo dos.

3. Usar reguladores en el sector del grupo dos (aumentar pérdidas) y ventiladores en el sector del grupo 3 (disminuir pérdidas).

Las recomendaciones serian utilizar reguladores donde las pérdidas son muy bajas para igualar las perdidas en todas las galerías, o si no, se pueden utilizar ventiladores en ciertas galerías para disminuir las perdidas y así nivelar con las demás labores. Dentro de este aspecto, el uso de mangas también facilitaría la ventilación de la mina, ya que de esta manera, el flujo de aire se controlaría mejor, distribuyéndolo en las zonas donde más se requiera. Lo importante también es solo utilizar galerías precisas para que así el flujo de aire desde el inicio de la mina sea estable y vaya en una sola dirección. Además esto debería ser regulado con estudios del clima del lugar para optimizar la ventilación de la mina y hasta crear nuevas labores para utilizar de forma correcta y eficiente el caudal de aire.

37

BIBLIOGRAFÍA

- Mine ventilation and air conditions; Hartman and Wang. - Table 4.- Bureau of Mines schedule of friction factors for mine airways. - Table A-3. Formulas for Shock Loss. - Table A-4. Psychrometric Data for Air-Water-Vapor mixtures. - Cuaderno asignatura Servicios Generales Mina.

38

Anexo 1: Costo

Costo Total Aire Comprimido Mina “El Pimiento”: El costo total de la mina se define como:

En donde el costo de inversión es:

La depreciación y el IPA se obtienen:

El costo operacional se obtiene de la siguiente forma:

Cada uno de los componentes del costo operacional se obtiene:

Costo Energía:

Costo Mano de Obra:

Costo Mantención y Reparación:

Costo Lubricación:

Costo metro cúbico:

Los datos proporcionados por José Jimenez (dueño mina “El Pimiento”), Manuel Olivares y la empresa Kaeser a través de Rodrigo Rocas (Servicio Técnico Kaeser Chile S.A.) son los siguientes:

Valor Compresor + Accesorios 8.500.000 $

Sueldos + Beneficios 3.500.000 $/mes (21.875 $/h)

Vida Útil 131.400 h

Horas de uso al año 1.920 h (Turnos de 8 hr, 5 días a la semana y 12 meses)

Interés 6%

Costo Mantención + Lubricación 300.000 $/mes (1.875 $/h)

Consumo Energía (Diesel) 12 L/h

Valor Energía 500 $/L

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Con estos valores se puede determinar el costo total de la mina por hora:

*El valor residual de la depreciación se considera 0 porque el equipo se usa hasta que deje de funcionar.

*Según los datos entregados por José Jimenez (dueño de la mina “El Pimiento”, la suma del costo de mantención y reparación ( y el costo por lubricación ( es 300.000 $/mes (1875 $/h); además el costo de mano de obra ( se obtuvo infiriendo 160 horas trabajadas durante un mes (8 horas, 5 días a la semana, 4 semanas al mes). El costo total de la mina es:

Finalmente el costo por metro cúbico es:

40

Anexo 2: Imágenes galerías

Cabe recordar que el grupo 1 no presentó imágenes ya que consideraron todas las galerías como rectángulos, para los efectos de cálculos de área y perímetro, junto con un factor 0.9 por las irregularidades. GRUPO 2

Zona 1

Zona 2

41

Zona 3

Zona 4

Zona 5

42

Zona 6

Zona 7

Zona 8

43

Zona 9

Zona 10

44

GRUPO 3

Zona 1

Zona 2

45

Zona 3

Zona 4

46

Zona 5

Zona 6

47

Zona 7

Zona 8

48

Zona 9

Zona 10

49

Zona 11

Zona 12

50

Zona 13

Zona 14

51

Zona 15

Zona 16

52

Parte 2: Informe sobre aire comprimido y compresores de la mina

53

INTRODUCCIÓN

El Aire Comprimido se usa en instalaciones industriales para realizar una amplia variedad de labores como limpiar, refrigeración y operar equipo neumático. Es llamado el cuarto servicio después de la Electricidad, Agua y Combustibles Fósiles. En las instalaciones de producción, hay una gran pérdida de energía asociada con los sistemas de aire comprimido y falta de conocimiento para conservar la energía. A partir de este problema, se calcularán los rendimientos del Compresor de la Mina El Pimiento. Este procedimiento está justificado por la necesidad de disminuir el costo del aire comprimido. Para el cálculo de estos rendimientos se consultó a libros de Termodinámica y a sitios web de Mecánica Automotriz. Además se usaron apuntes hechos en clases. Este informe se divide en: Datos del Compresor; Motor del Compresor; Cálculos de Rendimientos; Conclusiones; Bibliografía; Anexos.

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DATOS DEL COMPRESOR

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MOTOR DEL COMPRESOR

Modelo V2403-M-DI-E3B

Tipo Diesel de 4 tiempos

Número de Cilindros 4

Calibre mm 87

Carrera mm 102,4

Desplazamiento L 2,434

Máximas Revoluciones rpm 2700

Potencia Kw 36,5

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Con este gráfico será posible obtener los rendimientos del motor diesel. Se observa: - Revoluciones del Motor

- BSFC (Consumo de Específico)

- Potencia de Freno - Torque

CURVA DE DESEMPEÑO

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CÁLCULOS DE RENDIMIENTOS

I. Rendimiento Volumétrico ( )

El Rendimiento Volumétrico es la relación entre la cantidad de aire comprimido descargado por unidad de tiempo y el volumen desplazado por el émbolo por la misma unidad de tiempo. Éste indica fugas en las válvulas y uniones.

Según el catálogo del Compresor, la Capacidad es:

El Desplazamiento no aparece en el catálogo, pero es posible inducirlo usando la Relación de Compresión :

Para este caso, es la presión atmosférica:

De forma experimental se han tabulados datos que demuestran que el Rendimiento Volumétrico tiene relación lineal con la Relación de Compresión:

Remplazando queda: Con este dato se calcula el Desplazamiento del Compresor:

e hvol

2 88

4 83

6 78

8 73

10 68

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II. Rendimiento de Compresión (

El Rendimiento de Compresión es la relación entre el trabajo consumido por el aire comprimido isotérmicamente y el trabajo indicado. Este rendimiento indica fallas en el sistema de refrigeración.

El Trabajo Isotérmico se calcula así:

;

El Trabajo Isotérmico calculado queda:

El Trabajo Indicado es:

Por lo que el Rendimiento de Compresión es:

Este rendimiento es válido cuando el gas a comprimir se enfría usando camisas de agua alrededor de la carcasa del compresor. Pero no es el caso que se está analizando, por lo que conviene usar el Rendimiento Adiabático . Cuando son insignificantes los cambios de energía cinética y potencial del gas mientras éste es comprimido, se obtiene con los cambios de entalpía:

Para encontrar las entalpías hay que usar la tabla de gas ideal a partir de la temperatura. Encontrada la entalpía correspondiente, se usa la relación adiabática de los gases ideales:

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Usando la relación adiabática de los gases ideales se obtiene

El Rendimiento Adiabático del Compresor queda:

III. Rendimiento Mecánico

Para obtener este rendimiento, es necesario un análisis más detallado del motor del Compresor. Para este caso el motor funciona a petróleo, por lo que se debe estudiar el Ciclo Diesel:

Suposiciones:

A. Las suposiciones de aire frío son aplicables, por lo tanto puede suponerse que el aire

tiene calores específicos constantes a temperatura ambiente.

B. Los cambios de energía cinética y potencial son insignificantes.

Propiedades:

A. Constante de gas del aire:

B.

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El Ciclo Diesel se divide en cuatro procesos cíclicos según el siguiente gráfico:

Proceso A-B (Compresión Adiabática de un gas ideal, calores específicos constantes):

La Relación de Compresión es la división entre el máximo volumen formado en el cilindro y el volumen mínimo (espacio muerto). Para motores Diesel, la Relación de Compresión va desde 12 a 24 (18 es lo más usual).

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Proceso B-C (Calentamiento del gas ideal a presión constante):

La Relación de Corte de Admisión es la división de los volúmenes del cilindro antes y después del proceso de combustión . Proceso C-D (Expansión Adiabática de un gas ideal, calores específicos constantes):

Proceso D-A (Enfriamiento del gas ideal a volumen constante):

Luego, El Trabajo Neto realizado queda: Por lo tanto, el Rendimiento Teórico del motor es:

Una forma más directa para obtener el Rendimiento Teórico del Ciclo Diesel es usar la siguiente fórmula a partir de las relaciones adiabáticas de un gas ideal para los procesos A-B y C-D:

Reemplazando los datos queda:

Desgraciadamente, este valor es teórico. En la realidad, el Rendimiento Real de un motor Diesel es muy inferior al Rendimiento Teórico. Para obtener resultados acordes a la realidad es necesario usar la Curva de Desempeño del motor.

62

El Rendimiento Real de un motor es la relación entre el Trabajo Útil ofrecido por el motor y la Energía Calorífica del combustible consumido. Su valor se calcula como el producto del Rendimiento Teórico, Rendimiento Indicado y el Rendimiento Mecánico:

Se denomina Consumo Específico como el consumo de combustible expresado en gramos que requiere un motor para producir la energía de un Caballo de Vapor Hora:

Se sabe que un Caballo de Vapor es igual a , la energía correspondiente a un Caballo de Vapor Hora equivale a . Si H es el Poder Energético del Combustible en , el Trabajo Equivalente al Consumo Específico del combustible es:

Por lo que se tiene lo siguiente:

Despejando el Rendimiento Real se tiene:

Según el catálogo, las revoluciones a plena carga del compresor son , entonces:

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Generalmente el Poder Energético del Diesel es

, por lo que el Rendimiento Real del

Motor es:

Finalmente, el Rendimiento Total del Compresor es:

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CONCLUSIONES

Los compresores son considerados los equipos industriales de mayor consumo de energía. Existe despreocupación en el ahorro de energía, en especial del aire comprimido, ya que se piensa que es algo gratuito. Quizás, el único momento de atención es cuando las pérdidas de presión y aire disminuyen el funcionamiento normal de la faena. Una buena atención al sistema de aire comprimido y usando medidas simples de conservación, puede ser posible el ahorro de energía y de costos. Se cree que el siseo de fugas de aire y las caídas de presión se solucionan con un compresor más grande, cuando en realidad la mala instalación y la falta de mantenimiento de la red de mangueras es el problema de fondo. Las fugas de aire son la mayor causa de pérdida de energía en las instalaciones industriales; el compresor trabaja con mayor dificultad y por mucho más tiempo para recuperar el aire perdido, además de usar más energía en el proceso. Generalmente, las fugas de aire ocurren en: Juntas o Codos

Conexiones con bridas

Reductores

Expansiones súbitas

Sistemas de válvulas

Filtros o mangueras

Válvulas de no retorno o de alivio

Extensiones

Equipos Neumáticos

La dilatación y contracción de las uniones son la causa principal en el aflojamiento de las juntas y de las fugas de aire. Por lo que debe ser una costumbre inspeccionar el sellado de las juntas y apretarlas a menudo. También ocurren fugas en los puntos finales y en las conexiones a los equipos neumáticos; la apertura y cierre frecuente de las líneas de aire comprimido en esos puntos, los empaques deben ser reemplazados periódicamente a causa de su desgaste. Hay muchas maneras de detectar fugas en un sistema de aire comprimido, siendo la forma más sencilla y barata escuchándola. Se tiende a comprar un compresor más grande del que se necesita, porque se desea tener uno sobre especificado que uno insuficiente, ya que se tiene la percepción de que la capacidad extra puede necesitarse algún día. Es fundamental saber que caudal real necesita la mina para ahorrar aire y dinero. Otro aspecto importante es el uso del aire externo porque es más frío y denso. Esto reducirá el consumo de energía del compresor, ya que es más fácil comprimir aire frío que caliente. No es aconsejable colocar compresores dentro de recintos cerrados. Para solucionar este problema, se sugiere conectar la toma de aire del compresor con un ducto conectado al aire externo. Otra fuente de pérdida de energía es comprimir el aire a una presión superior a la requerida por los equipos neumáticos, porque se necesita más energía para efectuar la compresión a una mayor presión. Los compresores reciprocantes de tornillo pueden regularse a la presión requerida.

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BIBLIOGRAFÍA

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Edición INACAP

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Neumática Industrial

http://mx.kaeser.com/Images/LACSD-tcm57-6768.pdf

2006

Catálogo del Compresor

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Depto. Ing. Energética Universidad de Cantabria

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ANEXOS

La tabla muestra las propiedades de un gas ideal en función de la temperatura. Los datos enmarcados en rojo se usaron para calcular el Rendimiento Adiabático ( ):

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Para encontrar las entalpías se usa la tabla de gas ideal a partir de la temperatura. Encontrada la entalpía correspondiente, se usa la siguiente relación adiabática de los gases ideales:

Luego se tiene:

Usando la relación adiabática de los gases ideales se obtiene

Finalmente, reemplazando datos se obtiene el Rendimiento Adiabático:

Proyecto de Ventilacion y Aforo Mina El Pimiento 6.0

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