1 1
PERDIDAS DE PRESION POR CHOQUE Y OTROS CONCEPTOS ¾ Obstrucciones. Obstrucciones ¾ Caídas de Presión por Choque. ¾ Gradientes de Presión. ¾ Fugas de Aire.
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PERDIDAS DE PRESION POR CHOQUE La pérdida por choque HX, ocurre toda vez que la corriente de aire cambia de dirección. Ej Ejemplos: l 1. Uniones y codos 2. Cambio de sección del ducto 3. Obstrucciones Estas representan entre el 10 y 30 % de la pérdida total de presión. Dr. Felipe Calizaya -
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2 3
ESTIMACION DE PERDIDAS POR CHOQUE Dos Métodos:
Presión de Velocidad y Longitud Equivalente
1. METODO DE PRESION DE VELOCIDAD, Hx
HX = X * Hv
X= Coeficiente del choque
X varía con cambio brusco en dirección del aire y Hx es función de resistencia de choque Rx. H es calculado Hx l l d d de:
HX = X * H V = RX * Q 2
RX =
X *w 1098 2 A 2
Donde A = Area transversal del ducto y w = densidad del aire Dr. Felipe Calizaya -
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4
PERDIDAS POR CHOQUE - EJEMPLO 1 Dados los datos siguientes:
H X = 0 .4"
3
Q3 = ? D = 19 p
Q1 = 334 kcfm
1
Q2 = 193 kcfm
Determine el coeficiente de choque X. Solución:
HX = X * H V
Q3 = Q1 + Q2 = 527 kp/min V3 = 1860 p/min
⎛ V ⎞ Hv = w * ⎜ ⎟ ⎝ 1098 ⎠
2
A3 = 283.5 p2
Hv3 = 0.22 pulg.H2O
X = 1.82
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3 5
ESTIMACION DE PERDIDAS POR CHOQUE 2. METODO DE LONGITUD EQUIVALENTE Por este método, la pérdida por choque es expresado en términos de longitud, g , Le. w = 0.075
Dados los datos: Caso A
1
RH = A / Per
H 1 = Δ PA
2 L
1
Caso B
2
H 2 = Δ PB
H 2 ≥ H1
L + Le
H 2 = H1 + H X =
K * Per * ( L + Le ) 2 Q 5 .2 A 3
Le =
3235 * RH X 1010 * K
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PERDIDAS POR CHOQUE - CODOS TIPO DE CODOS: RECTANGULAR Y CURVILINEO El coeficiente X es calculado como sigue: Rectangular:
R
Curvilíneo: R d A
A
b Sección A - A
Se recomienda usar: R = 2*d
0 .6 ⎛ θ ⎞ X = ⎜ ⎟ m * a ⎝ 90 ⎠
2
0 .25 ⎛ θ ⎞ X = 2 ⎜ ⎟ m * a ⎝ 90 ⎠
2
m = R/b R = Curvatura a = d/b; Aspecto d = alto; b = ancho Θ = Deflección
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PERDIDAS POR CHOQUE - EJEMPLO 2 Un ducto de 8’ x 8’ de sección (K = 100 E-10) contiene un codo puntiagudo de 90°. Determine la longitud, Le. XS: 8’
r
Solución:
Le =
3235 * RH X 10 10 * K
RH = A/Per = 2 pies
0. 6 ⎛ θ ⎞ X= ⎜ ⎟ m * a ⎝ 90 ⎠
Sección transversal: d = 8’ b = 8’
2
m = r/b; a = d/b; θ= 90° X = 1.2; Le = 78’.
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PERDIDAS POR CHOQUES CONSIDERACIONES PRACTICAS ¾ Utilice valores moderados de K K = 45 E-10 para galerías de entrada K = 60 E-10 para galerías de expulsión ¾ Utilice longitudes g equivalentes (L ( T = L + LE) Mida la longitud del ramal y aumente del 10 al 15 % para compensar por estas pérdidas.
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PERDIDAS POR CHOQUES CONSIDERACIONES PRACTICAS d
Motor
R
R = 1.5 * d
Ejemplo: Ej l Diseñe el acople entre ventilador (d = 6’) y la chimenea (8’) Solución: R = 1.5 x d = 9’, luego, el coeficiente X = 0.11 Para Q = 100,000 cfm, la pérdida Hx = 0.1 in.w.g. Dr. Felipe Calizaya -
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GRADIENTE DE PRESIONES Es la representación gráfica de la ecuación de Bernoulli Es una manera de contabilizar las caídas de presión Sistema soplante (presión +) Tres Casos: Sistema aspirante (presión -) Sistema combinado (presiones + y -) Ventilación auxiliar de un desarrollo largo Ventilador secundario
Ventilador F t Frente
Ducto Rígido
Ducto Flexible
Ventilador Primario Dr. Felipe Calizaya -
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GRADIENTE DE PRESIONES Procedimiento para representar la gradiente: ¾
Empiece con HT en la parte más alejada del ventilador ventilador.
¾
Dibuje la HT primero y luego la HS (estática).
¾
HT siempre disminuye en la dirección del flujo.
¾
La HS siempre está debajo de la HT (total).
¾
Asuma HX (choque) = o cerca del ventilador.
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GRADIENTE DE PRESIONES 1. SISTEMA SOPLANTE (PRESION +) + Presión
HT Hv
HT = HS + HV
HS1
HS2
Referencia 1
Longitud
Hv
2
Ventilador ¾
El ventilador aumenta la presión del aire por encima de PB
¾
Todas las presiones son positivas, excepto la PT de entrada
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GRADIENTE DE PRESIONES 2. SISTEMA ASPIRANTE (PRESION -) Presión +
Hv
Referencia f HT = HS + HV
HT
HS1 HS2
Presión 1
¾
2
Todas las presiones son negativas (por debajo de PB) con excepción de la presión de descarga.
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GRADIENTE DE PRESIONES 3. SISTEMA AUXILIAR CON VENTILADOR SECUNDARIO (incluye presiones – y +) Presión + HS3 HT
Presión 1
HS4
Hs
Hv
Referencia
HS2
2
3
4
La gradiente de HS está siempre por debajo de la de HT Dr. Felipe Calizaya -
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POTENCIA DEL AIRE ¾
Es la potencia necesaria para superar las caídas de presión. Representa más o menos el 60 % de la energía total consumida por los ventiladores. • Potencia del aire (Pa): HT *Q 6350 P = HT * Q Pa
Pa =
• Potencia Mecánica (BHP): Donde:
( hp ) ( ) (W
BHP =
Pa
η
η = eficiencia del ventilador
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POTENCIA DEL AIRE - PRINCIPIOS BASICOS F1
Q = V*A
F2
L ¿Qué trabajo se necesita para mover un volumen de aire Q por una distancia L en un segundo? A W W = F * L* Pw = = (ΔP) * Q A t W = Trabajo; F = Fuerza; L = Longitud; A = Area Costo anual de energía:
C = BHP * 0 . 746 * ($ / kW ) * 24 * 365 Dr. Felipe Calizaya -
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9 17
ESTIMACION DE ENERGIA CONSUMIDA Método 1. Midiendo la corriente I y el voltaje E Ι = Corriente, Amps
kW =
I * E * PF * C 1000
kW = BHP * 0 . 746
E = Voltaje, Voltaje Voltios PF = Factor de Potencia C = 1 (monofásico) = 1.73 (trifásico)
Método 2 2. Midiendo la torsión y velocidad del motor
T * RPM BHP = 5250
T = momento de torsión, lb-p RPM = velocidad del motor
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ESTIMACION DE ENERGIA CONSUMIDA Ejemplo: En base a las siguientes mediciones: Presión del ventilador, HT = 20 ”H2O. @ h = 70 % Caudal, Q = 1,000 cfm, Costo, c = 5c/ kWh Determine el costo anual de operación (energía) Solución:
=
BHP
HT *Q = 4500 hp 6350 * η
C = BHP * 0 .746 * (($ / kW ) * 24 * 365 = $1,470,000/ año El costo de operación varía con los factores que afectan la resistencia de la mina (sección, rugosidad, longitud, etc.). Dr. Felipe Calizaya -
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10 19
OTROS FACTORES IMPORTANTES Entre otros factores que afectan la R de la mina están:
Rα
1. Tamaño de la excavación:
1 D5
El diámetro es el factor más importante. 2. Forma de la excavación:
SF =
Per A1 / 2
El círculo es la forma ideal con un SF = 3.54 Para otras secciones R es corregido usando estos factores: W:H = 2:1; corrección, RSF = 1.2
W:H = 4:1, RSF = 1.41
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FUGAS DE AIRE Y DISEÑO ECONOMICO DE CONDUCTOS DE VENTILACION ¾
Fugas de Aire – Fuentes. Fuentes
¾
Maneras de Reducir Fugas.
¾
Diseño Económico de Pozos y Galerías de Ventilación.
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11 21
FUGAS DE AIRE ¾
¾
Principales Fuentes de Fuga •
Muros y Puentes.
•
Puertas y Reguladores.
Maneras de evitar Fugas • Instalación adecuada de controles. • Inspecciones periódicas. • Mantenimiento.
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FUENTES DE FUGA Muros, puertas y puentes son usados frecuentemente para separar el aire limpio del aire viciado. Estas estructuras causan pérdidas de aire limpio. En minas metálicas las fugas representan más del 25 % del aire suministrado por los ventiladores. E minas En i d carbón, de bó estas t pérdidas é did alcanzan l all 60 %. %
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12
Salidas
Salidas DOM Fans
23
Tuan Fans
Shaft 2
Shaft 1
Fugas
GBT Fan Salida
400 gpm
IOZ Mine
U/cut 60 gpm
Production
R EESS
MR RBH
pA
BH # 3 B
Conveyor Ram
FAS F
DOZ V/R D
200 gpm Shaft 4 S
V//R 11
Shaft 3
2000 gpm
DOZ Zona Mine Activa
700 gpm
3186 L
Fugas Exhaust Galleries
Entradas DOZ Intakes
Ra mp
Undercut
B
2100 gpm
Production
MLA Drifts 2986 L
Crusher/Conveyor
Sección Vertical de una Mina Metálica
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Difusor V- 12
Conducto de Entrada Cámara de Acople
Motor
Socavón 1
D
V- 14
Ventilador
D
Fugas
Puertas Dobles
DETALLES DE INSTALACION DE DOS VENTILADORES Dr. Felipe Calizaya -
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13 25
Frente A
R
Frente B
3
XC-3
6
XC C-30
Fugas de Aire XC C-20
4
2 7
8
XC-1
5
Referencias
1
Salida
1
E t d Entrada
R
Banda
R
# de Estación
Entrada
Puente
Salida
Regulador
Muros
FUGAS DE AIRE EN MINAS DE CARBON Dr. Felipe Calizaya -
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26
Puntos de Fuga Muros de Ventilació n
FUGAS DE AIRE EN LABORES DE DESARROLLO Dr. Felipe Calizaya -
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14 27
CUANTIFICACION DE FUGAS DE AIRE % de Fuga:
%L =
QT − QE × 100 QT
Donde: QT = Caudal total del ventilador, cfm QE = Caudal requerido en frentes, cfm Resistencia de los tabiques:
Re =
ΔP 2 Qd
Donde: Re = Resistencia de un grupo de muros ∆P = Presión media; Qd = Pérdida de caudal. Dr. Felipe Calizaya -
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28
MUROS METALICOS Dr. Felipe Calizaya -
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15 29
PUERTA DE VENTILACION EN MURO DE CONCRETO Dr. Felipe Calizaya -
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30
Muro sintético y ventana de control
Punto de Fuga Dr. Felipe Calizaya -
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16 31
1
4
XC-132
XC-29
CUANTIFICACION DE FUGAS (EJEMPLO) n = 103 a 1 a 2
b1
c1
d1
b2
c2
d2
Entrada 2
e 1 e 2 3
Banda Salida
Ventilador
Resultado de Mediciones: Estación
Caudal, kcfm
4 3
392.00 308.00
Caída, “H2O %L=?
3.27 1.29
Re = ?
Solución: % L = 21 %; Re = 0.32 P.U. para 103 muros. Dr. Felipe Calizaya -
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32
´ Pa ´ de P re s ion, C a ida
900 750
Correa y Salida
600
Entrada y Correa
450 300 150 0 17
16 2
31 3
454
60 5
75 6
897
´ Numero de Cross-cut
CAIDAS DE PRESION VS. NUMERO DE RECORTES Dr. Felipe Calizaya -
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17 33
MANERAS DE REDUCIR FUGAS El objetivo de un diseño de ventilación es el de reducir las fugas. Técnicas para reducir fugas: ¾ ¾
Incluya todos los controles en el diseño. Construya muros permanentes usando materiales resistentes (a alta presión).
¾
Selle las uniones de las puertas de mayor uso con tabiques de goma.
¾
Instale puertas dobles cerca del ventilador.
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Puerta en muro de concreto
Muro anclado a las paredes de la galería Dr. Felipe Calizaya -
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