CALCULO DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN DEL TÚNEL Proyecto: Túnel C.H. Hidromanta 1.- DEFINICIÓN. De acuerdo a lo indicado en el Art° 247 del D.S. 024-2016-EM "Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional en Minería" los caudales de aire fresco para ventilar el túnel estan reflejados en la sigueinte tabla, tomado en cuenta la ubicación altitudinal de los trabajos: Hasta 1500 msnm de 1500 a 3000 msnm de 3000 a 4000 msnm Sobre los 4000 msnm
3.00m3/min 4.00m3/min 5.00m3/min 6.00m3/min
El Art° 254, de la referida norma, establece que para el uso de equipos diesel de combustión interna, la cantidad de aire circulante no será menor de 3.00 m3/min. por cada HP que desarrollen los equipos. Por los considerandos indicados anteriomente y teniendo en cuenta que el proyecto se desarrolla a los 1960 msnm, el caudal de aire fresca requerido serán: • 4 m3/min. x cada trabajador en el frente de excavación. • 3 m3/min. x cada HP nominal de los equipos diesel que operen en el túnel. La velocidad de retorno del aire viciado estará en el rango de 0.30 - 0.50 m/s
2.- PROCEDIMIENTO DEL CÁLCULO. 2.1 Cálculo de la Demanda por Personal y Equipos La cuadrilla del personal de operación estará conformado por: Listado del Personal
Cant.
Ingeniero de Guardia Capataz Operador de Jumbo Ayudante de Jumbo Oficial Cargador Operador de Scoop
1
Nro. de Trabajadores =
4
1 1 1
La sección de excavación del túnel hidromanta es de 2.35 x 3.08 m, lo que nos da un área de 6.63 m2, por lo que el equipo recomendado será el siguiente: Listado de Equipos
Pot. Nominal (HP)
Utilización (%)
Scooptram 2.0 yd3 Scooptram 2.0 yd3
85 85
100% 35%
Pot. Req. (HP)
85 29.75 (*)
Total Potencia Requerida (HP) = 114.75 (*) El acarreo de desmonte desde el frente de excavación hasta superficie se realizará con el scooptram, por este motivo se considera un segundo equipo al 35%.
El cálculo de la demanda de aire fresco para la cantida de trabajadores y por la potencia requerida de los equipos es el siguiente:
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a).- Por el Personal: Cant.Pers ≔ 4 m3 Qreq.pers ≔ 4.00 ―― min El caudal requerido de aire fresco para el personal será: Qper ≔ Cant.Pers ⋅ Qreq.pers 3
Qper = 16 ――
b).- Por los Equipos: HPreq.eqp ≔ 114.75 m3 Qreq.eqp ≔ 3.00 ―― min El caudal requerido de aire fresco por los equipos sera:
Qeqp ≔ HPreq.eqp ⋅ Qreq.eqp
3
Qeqp = 344.25 ――
Por lo tanto, el caudal requerido por el personal y los equipos sera:
Qpe ≔ Qper + Qeqp
3
Qpe = 360.25 ―― ; Que es igual a:
Qpe = 12722
2.2 Cálculo de la Demanda por Dilusión de Gases Para determinar la demanda de aire fresco para la dilución de gases, tomaremos como referencia lo indicado en la "Guia Metodológica de Seguridad para Ventilacion de Minas" del SERNARGOEMIN Chile. Para el cálculo se emplea la sigueinte relación: Qdg = 100 x A x a dxt
(m3/min)
Donde: Qdg = Caudal de aire requerido por consumo de explosivo detonado (m3/min.) A = Cantidad de explosivo detonado, equivalente a dinamita 60% (Kg.) a = Volumen de gases generados por el explosivo (m3/kg) se toma como valor general 0.04 d = % de dilución de los gases en la atmósfera, deben ser diluidos a no menos de 0.008 % y se aproxima a 0.01 %, para el cálculo d=0.008 t = tiempo de dilución de los gases (min).
2.2.1 Cantidad de Explosivos a Detonar : Este parámetro estará en función del área de la sección ( ) expresado en metros cuadrados, el avance por disparo ( ) expresado en metros y el factor de carga ( ) expresado en kilogramos por metro cúbico.
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Tomando como referencia lo indicado en el Capítulo 9 del Manual de Voladura de EXSA, para tuneles con una sección de 5 a 10 m2, el factor de carga recomendado esta en el rango de 2.00 a 2.60 kg/m3 para roca dura y tenaz. Para el presente cálculo tomaremos el valor de 2.10 kg/m3. El valor de los párametros indicados son: Asecc ≔ 6.63 m2
Adisp ≔ 2.40
Fcarg ≔ 2.10 ―― m3
La cantidad de explosivos a detonar estará determinado por la sigueinte expresion: A ≔ Asecc ⋅ Adisp ⋅ Fcarg
; porlo tanto:
A = 33.42
2.2.2 Tiempo de dilución de gases : El tiempo estimado para ventilar la labor luego del disparo será de 45 min t ≔ 45 min Por lo tanto, el caudal de aire fresco requerido para la dilusión de gases generados producto de la voladura es: 3
Qdg = 371.28 ―― ; Que es igual a:
Qdg = 13112
Para continuar con el calculo, debemos de tomar el caudal de mayor demanda entre y como el caudal de aire fresco requerido en el túnel: Si , entonces el será igual a , caso contratiro será Qpe > Qdg = 0 ; la siguiente expresión nos da "falso", por lo tanto el caudal de . demanda para el túnel será igual a Por lo tanto:
Qx ≔ Qdg ; es decir
Qx = 13112
2.3 Cálculo de la Demanda por Fugas y Empalmes
:
Para determinar la mayor demanda de aire fresco debido a la pérdida del flujo o fugas que se produzcan en la manga o en los emplames, utilizaremos la siguiente relación: -L ―― 100
Donde:
⎛ F ⎞ Qfuga ≔ Qx ⋅ ⎜1 - ―― ⎟ 100 ⎠ ⎝
Qfuga = Caudal de aire requerido a causa de la pérdida de flujo o fugas (m3/min). Qx = Caudal de demanda en el túnel (m3/min). F = Factor de fuga, se toma como valor general 0.70 L = Longitud de la manga.
2.3.1 Longitud de la Manga en metros:
L ≔ 620
2.3.2 Factor asumido por Fugas/Empalmes en la Manga:
F ≔ 0.70
Por lo tanto, El mayor caudal estara definido por la siguiente expresión:
Qfuga = 13695
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Qx + Qfuga Por lo tanto, el caudal de diseño será el siguiente: Qx' ≔ ―――― 2 3
Qx' = 13403
; Que es igual a:
Qx' = 6.326 ――
2.4 Cálculo del Diámetro de la Manga : Conociendo la velocidad admitida por el ducto para el flujo del aire fresco, se utilizará la siguiente expresión para calcular el diametro de la manga: ‾‾‾‾‾ 4 ⋅ Qx' ―― ⋅V
D≔ Donde:
D = Diámetro de la manga (m). Qx' = Caudal demanda de diseño en el túnel (m3/min). V = Velocidad del flujo en el conducto (m/s), se toma como valor 18 m/s.
Por lo tanto, el díametro de la manga de ventilación será: D = 0.669
; que equivale a:
D = 26.335
2.5 Cálculo de la Presión Estática : Para determinar la pérdida de presión debido a la fricción que existe entre las particulas del aire y entre las paredes del conducto de ventilación, utilizaremos la Ecuación de Atkinson: K ⋅ P m ⋅ L m ⋅ Qd 2 He ≔ ――――― 5.2 ⋅ S 3 Donde: He = Pérdida de presión estática (inH2O). K = Coeficiente de fricción, se toma el valor de 1.8x10^-9 P = Perímetro del conducto de ventilación (ft). L = Longitud del conducto de ventilación (ft). Qx = Caudal demanda de diseño en el túnel (cfm). S = Area de la sección del conducto de ventilación (ft2).
Por lo tanto, la pérdida de presión estática será: He = 16.101
: 2.5 Cálculo de la Presión Dinámica Para determinar la pérdida de presión en el conducto de ventilación debido a la velocidad y a la densidad del flujo de aire, utilizaremos la siguiente expresión: V' 2 Hd ≔ δ ⋅ ――― 20 ⋅ 25.4
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Donde: Hd = Pérdida de presión dinámica (inH2O). δ = Densidad del aire, temp. 20°C (kg/m3), se toma el valor de 1.205 V' = Velocidad del flujo en el conducto (m/s), se toma como valor 18 m/s.
Por lo tanto, la pérdida de presión estática será:
La presión total del sistema es:
Hd = 0.769
Ht ≔ He + Hd Ht = 16.869
3.- DETERMINAR POTENCIA DEL VENTILADOR. Con los datos del diseño, flujo de aire y presión calculado anteriormente, se puede calcular la potencia del ventilador, asumiendo una eficiencia, mediente la siguiente fórmula: Ht ⋅ Q d Pot ≔ ――― 6356 ⋅ η Donde: Pot = Potencia del ventilador (hp). Ht = Presión total del sistema (inH2O), Ht = He + Hd. Qx = Caudal demanda de diseño en el túnel (cfm). η = Factor de eficiencia del ventilador, se toma como valor 0.85
Por lo tanto, la potencia requerida del ventilador, en HP, es: Pot = 41.85 4.- CONCLUSIÓN. Los requerimientos para el presente proyecto, son los siguientes:
4.1 Caudal del flujo de aire fresco:
Qx' = 13403
4.2 Diametro del conducto de ventilación:
4.3 Longitud de la manga:
4.4 Potencia del Ventilador:
D = 26
L' = 620
Pot' = 41.85
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