UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGIA Y METALURGIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
MONOGRAFIA:
CURSO: VENTILACIÓN DE MINAS Recopilació:
M!SC! ING! "AVIER ENRRI#UE SOTELO MONTES I$! De Mia% & Ci'il (UARA), MAYO * +-. INDICE P r ól o g o Introducción:Importanciadelaventilación Cómosepresentanlosproblemasdeventilación Objetodela ventilación Conclusiones –
4 7 9 9
1
C A PÍT UL O I EL AIRE EN LAS MINAS Composición del aire, presión barométrica, peso espec!ico del aire OXÍGENO $!ectos !isiológicos, limite permisible causas de reducción %paratos de detección & medida NITRÓGENO Propiedades, e!ectos !isiológicos, srcen en los trabajos , % paratos d e detección & medida MONÓXIDO CARBONO , e!ectos PropiedadesDE !isiológicos, valor lmite permisible *+P srcen en los trabajos mineros . %paratos de detección & medida
9 "# "9 '( ') '"
GAS CARBÓNICO '4 Propiedades, e!ectos !isiológicos, valor lmite permisible *+P , srcen en los trabajos mineros , %paratos e detección & medida METANO O GRISÚ '$!ectos !isiológicos, limites de in!lamabilidad , presencia en el carbón , disposición reglamentara & *alor lmite permisible - *+P. en atmós!eras bajo tierra , desprendimiento de metano /gris01 esgasi!icación del gris0, l2mpara de bencina seguridad /l2mpara de avis1, manómetro, multidetector, otros aparatos GASES DIVERSOS ACIDO SULFHÍDRICO Propiedades, e!ectos !isiológicos, valor lmite permisible *+P , srcen en los trabajos mineros %paratos de detección & medida
'#
ÓXIDOS DE NITRÓGENO Propiedades, e!ectos !isiológicos, valor limite de permisible *+P , srcen en los trabajos mineros, detección & medida
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Aldehídos 3eneralidades, e!ectos !isiológicos, srcen . Problemas: %spectos elativos a los problemas de gases
)4
2
CAPIT ULO II HUMEDAD TEMPERATURA )5 3eneralidades, 6umedad absoluta, 6umedad relativa o grado 6igrométrico, grado de saturación, mediciones de la 6umedad, el 6igrómetro de cabellos 6umanos, el psicrómetro, c a u s as d e e león v ade ci l a te m p e r at ur a d ela ir e d e la m in. aedida de la temperatura en las minas. In!luencia del clima en el cuerpo 6umano, 6umedad, temperatura & clima bajo tierra8 Problemas relativos a la presión barométrica a di!erentes alturas, 6umedad absoluta, 6umedad relativa / φ1, determinación en una carta psicométrica, averiguación de la 6umedad relativa / φ1 por medio de un omograma, C2lculo de la 6umedad relativa / φ1 por medio de la !órmula de prung, medición de las temperaturas 60meda & seca, por medio del psicrómetro8 Clima8 3rado de Con!ort, grado de comodidad e incomodidad, necesidad de la desecación en una mina 60meda8 ;umidi!icación de una mina seca8 PROBLEMAS C A P IT U L O III C!LCULOS DE VENTILACIÓN '9 etas plosivos , otras condiciones8 e!iniciones & unidades empleadas en los c2lculos de ventilación, !lujos/?1, presiones/pt, pe, pd, ;1, potencia, otras magnitudes, !lujo compresible no viscoso, ecuacion es de movimiento: ecuación de continuidad, ecuación de estado , ecuación de velocidades, ecuación calorimétrica, signi!icación de la perdida de carga, caso de un !luido real con !uer=as de ro=amiento8 Condiciones de aplicación de las ecuaciones de los !luidos no compresibles . RESISTENCIA e!iniciones & @nidadesA relaciones entre las di!erentes unidades, otras de!iniciones, resisten cias pr2cticas, nomogramas para di!erentes tipos de vas subterr2neas, valores pr2cticos de resistencia: ina la C6apa, amac2, $l @vo8 esistividad, Ori!icio $
54
In!luencia en ventilación por método e>plotación , ventilación U en avance & en regreso, en avance & en regreso ventilación en 0 en avance & en regreso, consideraciones de otros tipos de ventilación al tec6o & al piso del &acimiento8
epartición de la corriente de aire, movimiento del aire con peso especi!ico constante , elementos en serie, elementos en paralelo, perdida de carga en un nudo, perdida de carga entre dos nudos, red con varias entradas & varias salidas, red cualplicación de cada una de las tarjetas. Orden de las tarjetas . $ntrega de resultados /out.put1. $jemplo de entrada de una mina al computador: Otro programa. C % P ID @+O * VENTILADORES PRINCIPALES
9"
*entiladores principales en super!icie, diversos tipos de ventiladores8 *entiladores centr!ugos, ventiladores 6elicoidales, caractersticas teóricas. Curva ;E F /<, curva de potencia GE ! / 01A curva de rendimiento pE /?1A caractersticas practicas: potencia absorbida, rendimiento, instalación de un ventilador sobre el t0nel de salida o entrada, reiliares, control en le !lujo de ventiladores au>iliares, mediante el empleo del tubo pitot, método de las coronas concéntricas de igual super!icie, tuberas, pérdida de carga en tuberas, Pérdidas en canales , escogencia de un ventilador au>iliar para un !rente ciego & adopción del di2metro de la tubera8 C % P ID @+O * III COSTOS DE LA VENTILACION PRINCIPAL AUXILIAR
""-
Concepto de costos para la ventilación principal & au>iliar, datos de la ventilación principal , datos de la ventilación au>iliar, costos de la ventilación principal , costos de la ventilación au>iliar, organi=ación, necesidades & costos de e
"'"
PROLOGO $l presente De>to !ue desarrollado como !ruto de la e>periencia del autor en el campo de la ventilación en di!erentes minas del pas: minas de Carbón, ;ierro8 & Cali=as de la $mpresa %ceras Pa= del oA en %mag2, departamento %ntioperiencia. e movió a reali=arlo el 6ec6o, de periencia en las di!erentes minas colombianas & en los t0neles de C6inga=a del acueducto de ogot2, con problemas de ejemplo to poda o!recer al estudiante de ingeniera de minas, al ingeniero & al técnico, una 6erramienta pr2ctica en la problem2tica de la ventilación de las minasA sobre todo , 6o&, cuando tenemos minas to sea de utilidad al lector8 $n este mundo, 6o& globali=ado igencias en las reglamentaciones, en la seguridad, en la !abricación de ventiladores & tuberas para la conducción del aire a las minas, en el empleo de nuevos & so!isticados aparatos para la medición de los gases , unas veces srcinados por el &acimiento & otras por el método de e>plotación, ternamente investiguen & promuevan compras de ellos en las minas pectativa de producciones o en las e>igencias de una seguridad minera no acorde con la época8 +o terior8
Con !recuencia 6e escuc6ado icos & e>plosivos a niveles permisibles , as como, de permitir la respiración de la gente idación & alta 6umedad del aire como se tienen en Colombia8 +as anteriores consideraciones sirvieron al autor para la reali=ación de este te>to8 +os conceptos tos de ventilación to consta de oc6o captulos plotación . iagramas o sistemas de ventilación en H@, HK & HL, en avance & retroceso, ventajas & desventajas8 *entilación natural & su in!luencia en nuestras minas de montaJa8 epartición de la corriente de aire, aplicando los criterios de las le&es de Birc6o!!. %l !inal, como se menciona en el p2rra!o anterior , se maneja la situación de los caudales de aire, presiones & valores de resistencia de una mina para su almacenamiento en el computador digital en !uturas planeaciones & otros usos. $n el captulo * se tocan aspectos de la ventilación principal & las caractersticas técnicas en el del trabajo de un ventilador, en relación al circuito de ventilación /abertura e
6
+os captulos *II & *III tratan sobre la ventilación au>iliar, e!ectos de la ventilación soplante & aspiranteA ventiladores para vas de ventilación au>iliar /vas ciegas1 , escogencia del tipo de ventilador de acuerdo al empleo de omogramasA tuberas & pérdidas de aire en un canal , adem2s de algunas consideraciones de costos e inversiones iliar de una mina. L por supuesto, en el captulo octavo, se trató el asunto de los costos iliar8 $n la ma&ora de estos captulos, el autor trató de presentar ejemplos & problemas, al lado de lo presar mis m2s sinceros agradecimientos a la ectora de la @PDC, a la ecanatura de Ingeniera en ogamoso & al irector de la $scuela de Ingeniera de inas, Ingeniero +uis %lejandro Fonseca, to saliera del anonimato, como lo estuvo la Desis de grado del suscrito, por m2s de )( aJos. Dambién sigo recordando a mi dilecto amigo el r . iego Cardona, 6o& !allecido & to8 $l doctor Cardona durante su tiempo, en vida, me prestó toda su colaboración & atención en el desarrollo de la !amosa tesis de grado to, colaborando por intermedio de %ceras . %l doctor Gilliam otero u2re= , periencia & conocimientos me dio directrices & metodologa to8 ecuerdo con muc6a gratitud al doctor 3ustavo Maramillo, también 6o& !allecido , to8 i él me lo negara, perimento, to de consulta para $studiantes & Pro!esores . 3racias a ios por 6aberme brindado esta oportunidad de servir a la comunidad & a mis lectores por consultar este te>to8 el %utor8
INTRODUCCION I.+o-(,$%#, de l, *e$(#l,%#&$ Para poner en evidencia la importancia de la ventilación en la e>plotación de minas , e>iste la costumbre de comparar el peso del aire circulante en los trabajos mineros con el de los minerales e>tradosA el peso del aire es generalmente mu& superior . $l pese del aire, en el conjunto de las carboneras !rancesas , era en "9-0, igual 7,5 veces el tonelaje e>trado. $n Colombia, en minas como la C6apa, en el aJo 74, !ue de ) veces s la producción e>plotada $n ci!ras totales el consumo de energa para la ventilación es ciertamente importante8 Para el conjunto deA es carboneras !rancesas el consumo medio de electricidad en los ventiladores principales !ue en "9- 0 de ).9 BN68 por tonelada netaA este consumo varia sensiblemente de urna mina a la otra & en algunos grupos mineros ella sobrepasa de -N6t8 $n la mina +a C6apa de. %ceras Pa= del o se tiene un consumo de 5 BN68 por tonelada bruta de carbón. +os gastos de energa no representan m2s plotación & de su incidencia en los costos totales . $s !recuente en e!ecto igira el transporte de personal & de material & la evacuación de los productos8 % menudo plota se ve obligado a ejecutar obras mineras especiales, tales como: Dambores, Dransversales & a0n en los Po=os de ventilación. $n la ma&ora de los casos la arma=ón de la mina est2 determinada por las e>igencias de la ventilación . i entonces se imputase a la ventilación todos los trabajos mineros isten también cases de minas &a abiertas , en donde de ve= en cuando se llegue a un manto con contenido de metano, donde la concentración de los trabajos, por el aumento de la velocidad de avance de los !rentes deben ser limitados por la imposibilidad plotación de la mina. i entonces se imputan a la ventilación, todas las pérdidas de producción , donde la !alta de ventilación puede ser la causa, su incidencia en la economa de la e>plotación llega a ser considerable . u in!luencia en la 6igiene & la seguridad es evidente, $lla es particularmente indispensable en las minas con gris0, donde la dilución del C; 4 por la corriente aire constitu&e el medio de luc6a m2s e!ica= centra las e>plosiones, & en las minas pre!undas , donde una buena ventilación es necesaria para mantener una temperatura imo de provec6o a estos progresos, es importante no estar limitado por una ventilación insu!iciente .
PROBLEMA Para la resolución del siguiente tipo de problemas , sugerimos utili=ar las siguientes !órmulas imadas si no se dispone de un barómetro, para calcular las siguientes variables: Presión barométrica Spbarométrica T /@nidad: mm. de ;g81 ) Peso espec!ico del aire S ωT /@nidad: Bg.m 1 FORMULAS
p barometrica
ω=
= 760 *´(1 −
0.455 * pbarometrica
0.0065 * h
)5.255
273 + ts
273 + t s
"8 Cu2l ser2 el ndice de ventilación de una mina cu&a producción de carbón es de )8000 toneladas por da, sabiendo
pbarometrica = 760 *´(1 −
ω=
0.455 * 545.120
273 + 24
0.0065 * h
273 + ts
)5.255 E 545."'( mm ;g8
= 0.835Kg / m3 )
)
Peso del ,#-e 7)e s,le +o- el *e$(#l,do- e$ 89 ho-,s E : /m min81Wω/Bg.m 1>-(minW'46oras"6W" da E".440? W ω /Bilogramos de aireda1 E ",44(W?W0.#)5"000 /ton. aireda1 E 4;99<=>.00<=0.?5@ ;849(o$s ,#-edí,
Indice de ventilacion ( I )
=
Peso de aire que sale de la min a produccion de min eral en 24 horas
=
7.214
= 2.4
3.000
$s decir, traer menos carbón por da8
COMO SE PRESENTAN LOS PROBLEMAS DE VENTILACION @n problema simple plotación. $ste problema no es en principio di!erente al de XPro&ectar la ventilación, plotación !uturo, sobre el cual se !ijan a priori las caractersticas de ventilación . $n un caso como en el otro , es necesario saber en - primer lugar, cu2les son los !lujos de aire necesarios en rada !rente de trabajo para tener en cuenta las di!erentes causas de polución & de calentamiento de la atmós!era Dambién es necesario entrar a prever inmediatamente sobre cu2l sera la repartición de los !lujos entre los di!erentes tajos de e>plotación en !unción de di!erentes par2metros , como la con!iguración de los trabajos mineros & caractersticas de los ventiladores, a !in de escoger aige el conocimiento de: a1 +as caractersticas de los di!erentes elementos de la red de ventilaciónA ellas pueden ser estudiado en un nomograma, o tomadas de elementos an2logos de una mina e>istenteA b1 +as caractersticas de los ventiladores disponibles en la marc6a, $n !in es necesario disponer de un método & medios de c2lculo8 OBETO DE LA VENTILACIÓN CONCLUSION +a ventilación tiene por meta mantener en la atmós!era de la mina una composición una temperatura & un grado de 6umedad compatible con la seguridad, la salud & el rendimiento del personal , +o anterior es indispensablemente necesario para: a1 b1 c1
%segurar la respiración del personal minero iluir los gases nocivos de la mina, en particular el gris0, educir la temperatura, especialmente en las minas pro!undas.
CAPITULO I: EL AIRE EN LAS MINAS Generalidades
$l aire atmos!érico normal consta de '"Q de o>igeno & 7#Q de nitrógeno , en volumen, Contiene adem2s8 3as carbónico, gases raros, vapor de agua en porcentajes variables. +a composición del aire atmos!érico normal /seco1 es: ' (' CO' %rgón Otrosgases
7#Q '0,#(8'(Q (89)Q (,("Q
*ol. Y Y Y Y
*apor de agua 0.05Q 6asta 4Q, en promedio "Q, este porcentaje no in!lu&e en la relación o>igeno . nitrógeno8 Fuera de estos componentes normales el aire de las minas contiene otras impure=as
;umos & gases de voladuras 3ases de las mismas !ormaciones Polvo proveniente de las labores mineras
+os principales contaminantes del aire son: monó>ido de carbono /CO1 , gas carbónico /CO '1, metano /C;41, gases nitrosos /O Z O'1, an6drido sul!uroso /O'1, los polvos de rocas & en los casos de los minerales radioactivos, el adon & el Dorno igeno
%ntes de estudiar en !orma detallada los gases mas !recuentes en la minas, proponemos al lector estudiar la siguiente Hcarta de gases m2s !recuentes en las minas , para
TABLA 1: CARTA DE GASES CARACTERÍSTCA
!ETA"#
R!%LA %!CA GRAEDAD ESEC&CA "CDE"CA E" EL ARE , -ESC#!B%STBLE
C'4
-ES S##RTE DE LA C#!B%ST#" E"E"#S# -ES
!#"#$D# DE CARB#"# C#
C#2
"TR#GE"# "2
#$GE"# #2
0.+67
1.1+1
1.52+1
0.+67
1.105
*
*
*
0.03
78.10
20.+3
S
S
S
"#
"#
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"#
"#
"#
S
LA!ARA DE SEG%RDAD !%LTDETECT#R
RA"G# E$L#S# E" EL ARE
A 515,
TE!ERAT%RA DE G"C#" E" C
5+3 74+
-C%AL ES EL E&ECT# S#BRE LA DA
'2S
GAS CARB#"C#
0.555
-C#!# SE DETECTA
#RGE"
ACD# S%L&'DRC#
S
!%LTDETECT#R A"ALSS %!C#
12.5 A 73,
4
5+3
!%LTDETECT#R A"ALSS %!C# T%B# DE C#"TR#L .3A46,
371
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"8" OXIGENO 32s incoloro, inodoro e inspido Formula: O ' Peso espec!ico: "."" /respecto al aire1 "8"8" E"e%(os "#s#ol&2#%os $n las siguientes concentraciones en el aire produce en el organismo 6umano los siguientes e!ectos: e '"-"#Q itmo de respiración normal e "#-"'Q %umento del ritmo respiratorio8 %celeración del pulso
e "4-9Q %celeración notable de la respiración & del pulso, respiración intermitente, cianosis , vomito, astenia8 e "0--Q $>citación con cianosis intensa, sncopes llegado 6asta el estado de coma, respiración super!icial & r2pida terminando en el espasmo respiratorio8 Concertaciones tan bajas se resisten 0nicamente durante mu& cortos periodos de tiempo . e 5-)Q uerte en poco tiempo. "8"8 ' LÍMITE PERMISIBLE Por debajo de una concentración del "#Q debe cerrarse el !rente de trabajo a la operación del personal. "8"8) CAUSAS DE REDUCCIÓN e resume en las siguientes: & %bsorción por el carbón8 $j. o>idación de la pirita & del mismo carbón8 & espiración de los 6ombres & animales . e=cla del aire con diversos productos gaseosos pree>istentes. $misión continua, desgasi!icaciones instant2neas, voladuras, e>plosiones del gris0 o polvos del carbón, incendios. - +a e>tensión de los !rentes de trabajo & la velocidad del aire, a través de ellos , in!lu&e sobre la absorción de 0' por el carbón. - $l tenor se disminu&e m2s en as secciones donde el aire est2 pulsando de 0.' a '84 ltsmin8 de CO '. "8"84
APARATOS DE DETECCIÓN MEDIDA .
Con la l2mpara de seguridad se puede e!ectuar cualitativamente la de!iciencia de (' de la atmós!era bajo tierra8 Cuando la atmós!era se empobrece de o>geno en presencia del gris0 o de algunos gases combustibles la llama inicialmente se eleva, se dice geno , se vuelve roji=a & luego se empeigeno tiene un valor de "- .'5Q8 *er e>plicaciones en Fig8 " & ', %ne>o 5. Con el medidor de o>geno, u o>igenómetro también puede detectarse cuantitativamente la disminución de o>igeno en cualigeno en el aire , esta reacción ser2 m2s o menos !uerte & producir2 una variación de la resistencia eléctrica de la resistencia eléctrica , permitiendo el paso de m2s o menos corriente, de manera geno en la atmós!era8 $sta !unción es reali=ada 6o& con el ultidetector, aparato geno /O '1 de una atmós!era, concentración de onó>ido de Carbono /CO1, etano /C; 41 & %cido ul!6drico /; '1. Particularmente el O>igenómetro consta de las siguientes partes: 4. @n miliampermetro graduado en Q en volumen de 0', 8. @na celda de reacción cu&a resistencia depende del con tenido de o>igeno en la atmós!era
FI3. " CIRCUITO ELECTRICO DE UN OXIGENOMETRO
"8 ' NITROGENO 3as incoloro, inodoro e inspido, plosivos. Dambién se presenta en el desprendimiento por las rocas & cartones . $n las minas de potasa & algunas de carbón de %lemania, el gris0 contiene 6asta un 4 0Q de itrógeno8 $n "#94, en 6ulleras de +ens /Francia1, se comprobó en una arenisca cavernosa, un !lujo de ' casi ) punto con un caudal de '00m da durante - meses. "8) MONOXIDO DE CARBONO 3as sin color, sin sabor, ni olor8 ebidamente soluble en el agua8 Do>ico & combustibleA combustible cuando su contenido es de ") – 75Q & por el calor a la llama se inicia la o>idación del CO Formula: CO Peso espec!ico: 0.97 /respecto del aire18 "8)8" EFECTOS FISIOLOGICOS $s un gas bastante venenoso geno, /'00-)00 veces m2s1 !ormando la carbo>i6emoglobina, reduciendo en esta !orma el aporte de o>igeno a los tejidos seg0n su concentración & seg0n la siguiente ecuación: H1 O8CO ↔ H1COO 8 $l e!ecto inmediato del CO es comparable al de un anestésico suave. Con relación al CO se 6an reali=ado ' tipos de estudio: , $l primero relacionado al e!ecto !isiológico ocasionados por la presencia del CO . 1 $l segundo, a los e!ectos sobre los individuos
+a rapide= en la presentación sucesiva de los sntomas tpicos & el advenimiento de un desenlace !atal !uera de la sensibilidad en cada individuo & se si estado de salud, dependen también en menor grado, de la temperatura, 6umedad & movimiento del aire8 $l peligro del CO radica principalmente en icación, pero la debilidad ilios deben limitarse al suministro de o>igeno. "8)8' EL TENOR DE CO EN LA CORRIENTE DE VENTILACIÓN DE LOS TRABAOS MINEROS DEPENDE DE LOS REGLAMENTOS DE CADA PAÍS . $l reglamento ecreto "))5 para las +abores ubterr2neas establece imo permisible 0.005Q en volumen de CO o sea 50 p.p8m /p8p.mE partes por millón1. "8)8)
ORIGEN DE LOS TRABAOS MINEROS
+as !uentes de monó>ido pueden ser ocasionadas por los siguientes agentes: , $>plosivos: los e>plosivos al ser detonados desprenden 6umos constituidos principalmente por CO & peró>idos de nitrógeno /'O18 1 otores iesel /locomotoras, transcargadores1: como todos los motores de combustión desprenden cantidades m2s o menos importantes de CO . +os !actores plosivos de 3ris0 & Polvo de carbón8 Dodas estas situaciones pueden srcinar grandes & variables cantidades CO. d O>idación lenta del carbón8 ?ue depende de: la composición de las ceni=as del carbónA la al0mina & la slice tienden a retardar la o>idaciónA el a 'CO), CaO & los minerales de 6ierro tienden a acelerarla, +a o>idación de la pirita en presencia de 6umedad libera calor & aumenta el volumen de los gases en las !isuras de las partculas de carbón, incrementando as, la super!icie de o>idación . +o mismo ocurre con el a=u!re8 e +a concentración de o>geno en el aire ambiente & por consiguiente la ventilaciónA la velocidad de o>idación es proporcional a la presión parcial de o>geno. $l incremento de la temperatura !avorece considerablemente la velocidad de o>idación "8)84
APARATOS DE DBTECCION MEDIDA
+a peligrosidad de este gas e>ige una detección r2pida & precisa de los bajos porcentajes . e esto se distinguen diversas clases de aparatos idación, se describen as: %1 A+,-,(os Colo-#.'(-#%os: , omba rager "9)" & tubos de Control 1 %parato Cerc6ar . ont-+u=ón iebe 3orman: similar al rager , pero es un aparato m2s incomodo8 d Indicador Calorimétrico de Paladio, cu&o lmite in!erior de medición es de 0,"Q . 1 Med#do-es %,lo-#.'(-#%os: , edidor de 6opcalitaE/me=cla decaloras nO' & CuO, catali=adores de muc6as reacciones8 CO Z "'O'aZbase C%D%+IK%O CO' Z -# Permite detectar porcentajes de CO del orden de 0.00'Q, la precisión alcan=a 6asta 0.005 b1 etector anil de !uncionamiento similar al de la @8,., con limites de utili=ación de 0,00'Q a 0.0'Q con precisión de (,0'Q
"8).48' APARATOS MU SENSIBLES DE GR AN PRECISION %nali=adores in!rarrojos 6asta de ' partes por millón8 "8).48) APARATOS METODOS DE MEDICION EN EL LABORATORIO , Combustión por calentamiento del CO en tubo de - cuar=o8 $l CO' !ormado es absorbido en agua de barita. ediciones desde 50 a "0.000 p8p.m. 1 O>idación por el pentó>ido de &odo . +a medición se e!ect0a: % La sea sobre el "' por el to sul!ato . d La sea sobre el CO' por el cambio de conductibilidad del CO' !ormado, pasando por una solución de titrisol /aO;1. $ste tipo de aparato es llamado @+D%3% & es !abricado por la casa G 6[st6o! de %lemania, también se conoce con el nombre de aparato G[st6o!! , consultar %$\O )8- $ C IPCIO $+ $P+$O $+ %P%%DO G;]D;OFF, P%% $+ %%+II $ C;4, CO', CO.
e O>idación por di!erentes o>idantes titulando el CO' re cogido por métodos volumétricos . " étodo de la sangre8 étodo especiali=ado caracterstico del CO complicado & recomendable sólo para e>pertos8 "848 GAS CARBONICO 3as sin color, inodoro con un sabor ligeramente 2cido, se disuelve bien en el agua, no es tó>ico , sino m2s bien as!i>iante. • Fórmula: CO'8 W Peso espec!ico: ",5) respecto del aire. "848" EFECTOS FISIOLOGICOS $>iste en tra=os /0,0)Q1 en el aire natural, cuando su concentración alcan=a el 0.5Q ocasiona el aumento del ritmo & la pro!undidad de la respiración. Con 'Q de CO' la respiración aumenta en 5 0Q, con 5Q la respiración se 6ace m2s penosa, con " 0Q no se puede resistir sino unos pocos minutos8 Para personal en actividad, los !enómenos enunciados se presentan m2s r2pidamente8 $l personal minero con e>periencia reconoce la presencia del CO' por la di!icultad de la respiración , el calentamiento de las piernas v de la piel imo de 0,5Q8 $n los reglamentos de %ceras se 6a !ijado un valor m2>imo permisible de 58000 p8p.m. para # 6oras de trabajo8 "848) ORIGEN EN LOS TRABAOS M INEROS +as causas de srcen del CO ' se pueden dividir en normales o rutinarias & accidentales. , ormales: respiración de los 6ombres & animales , !uncionamiento de motores de combustión interna, las voladuras & la o>idación de la madera o carbón8 $sta 0ltima es m2s importan te & en algunas partes se le atribu&en los "-"7 del CO ' total
"8484 APARATOS DE DETECCION MEDIDA +a l2mpara de seguridad es el aviso m2s e!ica= en una atmós!era sospec6osa de CO ' o de otros gases contaminantes poristen aparatos port2tiles o ) la descripción & empleo del aparato G[st6o!! . "85.0 EL GRISÚ J metano $l gris0 es pr2cticamente sinónimo de metano /C; 41 del ido de carbono /CO1 . +a parte combustible del gris0 est2 casi representada por metano puro . $s un gas combustible ico & por lo tanto no tiene acción nociva espec!ica sobre el organismo8 u presencia en porcentajes elevados ocasiona la disminución del o>geno a concentraciones insu!icientes para la respiración, & 6a ocasionado muertes por as!i>ia en sitios , tales como: trabajos antiguos o 2ngulos muertos /partes superiores de tajos , avance de po=os en ascenso, etc81 mu& mal ventilados. "858' LIMITE DE INFLAMABILIDAD EN ME0CLAS CON EL AIRE $n condiciones normales el metano /C;41 es inerte8 +a propiedad m2s caracterstica es su combustibilidad & la capacidad de !ormar con el aire me=clas e>plosivas Por combustión srcina con el aire: CH9 8O8 CO8 8H8O J4 CH9 8O8 ? N8 K 8H 8OCO8 8H8O ?N 8 O J 8 +a !órmula anterior nos enseJa geno o "( vol0menes de %I$ para plosividad del metano est2 comprendido dentro de ciertos lmites plosividad oscilan entre 5 & "4Q , ver ecuaciones /"1 & /'18 "85.'8" PRESENCIA DEL GRISÚ EN EL CARBÓN EL GRISÚ/ PUEDE ENCONTRARSE BAO TRES FORMAS $n poros & grietas: cu&a importancia no es relativamente grande Por adsorción:
%bsorción: plotación. § "85Q en los retornos de aire de !rentes de avance en carbón, carbón & roca8 § "Q en los retornos de aire principales . %rt8 4 0. Par2gra!o "8 +os lugares donde el tenor de gris0 sobrepase del 'Q deben ser evacuados por el personal, &a sea por iniciativa propia, o por la iniciativa del control de gas o por la supervisiónA si este personal dispone de +2mparas de bencina , etanómetro o ultidetectorA al respecto deben darse instrucciones claras & precisas para este !in con las indicaciones en el caso de la altura de la llama en la l2mpara8 Par2gra!o '8 in perjuicio de la aplicación del art8 44 /par2gra!os ' & )1 se deben tomar medidas inmediatas por la supervisión de la mina para la limpie=a de la atmós!era de todo !rente donde apare=ca un tenor peligroso de gris08 $n todo caso se considera como peligroso un tenor de gris0 superior al 'Q8 +os anteriores valores son similares , en nuestro caso, a los reglamentos de la ma&or parte de pases mineros de $uropa. "8584 TIPOS DE DESPRENDIM IENTO DEL GRISU/ O DESGASIFIC ACION : +os desprendimientos metano se e!ect0an seg0n las tres !ormas siguientes: , Por SOPLOS: caso realmente e>cepcional. $ste tipo de desprendimiento es causado por !allas o grietas naturales en las rocas. 1 Por DESGASIFICACION INSTANTANEA : con pro&ección de grandes vol0menes de roca & carbón pulveri=ados. Dal tipo de desprendimiento de metano es bastante reducido, 6asta el presente, a &acimientos mu& bien caracteri=ados. % Por EMISION CONTINUA DIFUSA: denominada también $o-.,l, pues es el caso generalA el cual vara en lmites grandes plotación, la cual produce un verdadero drenaje a través de la red de grietas trado8 "8585 DISTRIBUCION DE LOS PUNTOS DE DESPRENDIMIENTO $l gris0 se desprende no sólo de !ragmentos arrancados, sino también del carbón , in situ, por todas las super!icies libres & !isuras
puede igualmente emigrar a través de los terrenos !racturados para reaparecer en las vas, a grandes distancias de su punto de emisión. $n las labores de esarrollo & Preparación no in!luidas por otros trabajos , el desprendimiento de metano proviene de las paredes del !renteA siendo generalmente escaso a e>cepción de los &acimientos con soplos8 $n los tajos de e>plotación el desprendimiento a lo largo del !rente puede limitarse a ") del total, el resto migra a través de las grietas del tec6o para salir , luego, dentro de los "00 metros de la va de retorno en la cabecera del tajo8 iversas ra=ones nos conducen a pensar iliar, con la repartición de las presiones entre los diversos puntos de la mina & sus valores est2n en relación con la presión atmos!érica8 Para e>plicar los !enómenos terior es demasiado débil. '8 $volución del volumen de gas contenido en reservas. )8 Corrientes gaseosas par2sitas cavaciones de la mina, o entre los diversos puntos de la mina , a través de grietas plotadores de carbón, a medida plosiva del gris0, es b2sica para la detección & determinación de su porcentaje en bajo tierra . $l primer paso en la detección del gris0 !ue el descubrimiento de la lámpara de seguridad de %*L en el aJo de "8#"5, en ".##" aparece el primer estudio serio sobre manómetros , debido a %++% & +$ C;%D$++I$ "85.78' L!MPARA DE SEGURIDAD : %ctualmente e>isten varios modelos de la l2mpara srcinal bastante mejorados, increblemente se usa la bencina como combustible8 +as indicaciones dadas por l2mpara de seguridad son cualitativas e imprecisas & solamente son validas en presencia de tenores geno es in!erior al "-,'5Q. +as partes esenciales de la l2mpara de bencina son: - $l encendedor - $l cierre magnético - $l vidrio de protección - & las rejillas interior & e>terior
/'1
$>isten varios métodos para destacar la visibilidad de la aureola: sin puntilla & con puntilla de sal: 1. SIN PUNTILLA DE SAL: +a l2mpara enciende con una llama a=ul & la aureola es de un color a=ul claro, 6asta color violeta, ver %$\O '8- FO % $ + C O O + @ I O O /au reola 1 $ + % + % P%% $ $CI% I P@DI++% $ %+. '8 CON PUNTILLA DE SAL : la aureola inicial es amarilla & la aureola !ormada es de color gris amarillentoI ver %$\O ", FO % $+ C O O + @ I O O /au1 reola $ + % + % P%% $ $ C I% C O P@ DI++% $ %+.
Para precisar mejor el conocimiento de llama, se recomienda disponer de una pe
Como desventaja al uso de la l2mpara pueden citarse los desper!ectos plosión, si 6a& gris0 dentro de los lmites e>plosivos es !actible
$n la actualidad el uso de la l2mpara de seguridad 6a sido pro6ibido en gran ma&ora de los pases europeos por las inseguridades geno en la atmós!era del aire estudiada, ver %$\O -8- O % P%% + % $ICI O $ $ + % *%I% + $ P%% $+ C% + C @ + O $ + % %$ D @ % $ ? @I*%+$ D $8
%ctualmente, en el mercado se 6a introducido el ultidetector, aparato del isten otros tres tipos de aparatos , utili=ados en la detección & medición del metano
"858784 APARATO ULTRAGAS : $n el laboratorio de las minas de %ceras se anali=aba la concentración de una muestra de C; 4 mediante el empleo del aparato G 6[st6o!!, e>plicado al principio de ese te>to, al 6ablar de la detección del CO ' &
"8- GASES DIVERSOS "8-8" ACIDO SULFHIDRICO: %rde cuando se encuentra en una concentración superior al -Q, plosiva8 $s !2cilmente soluble en el agua. $s reconocible por su olor caracterstico a 6uevos podridos . Fórmula: ;'. Peso espec!ico: "8"9 /respecto al aire1 "8-8' EFECTOS FISIOLOGICOS: $s un gas venenoso en concentraciones de: 5( a "00 p8p.m.: produce sntomas leves tales como una ligera conjuntivitis e irritación de las vas respiratorias. '00 a )00 p .p8m.: ocasiona !uertes conjuntivitis e irritación de las vas respiratorias después de una 6ora de e>posición8 500 a 700 p.p8m8: tenor peligroso, después de media 6ora de e>posición . 700 a "000 p8p.m.: into>icación aguda, inconsciencia, parali=ación de la respiración & muerte8 "000 a ' 000 p8p.m8: into>icación inmediata, inconsciencia, parali=ación de la respiración & muerte en pocos minutos. "8-8) VALOR LIMITE PERMISIBLE JVLP +a concentración m2>ima permisible en el reglamento ecreto "))5 es de ' 0 p8p.m, para # 6oras de trabajo8 "8-84 ORIGEN EN LOS TRABAOS MINEROS e debe a circunstancias propias en la !ormación de carbón8 escomposición de maderas abandonadas en viejos trabajos u otras materias org2nicas & por descomposición de algunos minerales isten tubos detectores para usar con una bomba de aspiración re!erencia rager "9)" o '")", de la casa r`ger de %lemania. "878( OXIDOS DE NITROGENO : $l O' es un gas !2cilmente soluble en el agua . Fórmulas de >idos de itrógeno: 'O, O', '0', 'O) & 'O5.
Peso espec!ico del O, ".(' & O': ",5# /respecto al aire18
"878"
EFECTOS FISIOLOGICOS:
+os >idos de itrógeno son tó>icos. eg0n los e!ectos ido de itrógeno se clasi!ican as: & -( p.p8m. Producen irritación inmediata en la gargantas & "00 p8p.m. como mnimo provoca una tos persistente & "00 a "50 p.p8m. concentración mu& peligrosa durante e>posiciones mu& cortas. & '00 a 700 p.p8m. r2pidamente lleva a la muerte durante e>posiciones relativamente cortas. u peligrosidad radica en idos de nitrógeno son capaces de disolverse en el agua de los pulmones !ormando 2cidos nitrosos 6asta ntricos, capaces de corroer las mucosas de las vas respiratorias. $l O es muc6o m2s nocivo e igual de tó>ico como el O ', en igual concentración8 "878'
VALOR LIMITE DE PERMISIBLE :
u lmite m2>imo permisible seg0n reglamento ecreto "))5, en minas bajo tierra & para # 6oras de trabajo, es de 5 p .p8m. "878)
ORIGEN EN LOS TRABAOS MINEROS
u !ormación en las minas est2 relacionada con el trabajo con e>plosivos , particularmente en voladuras incompletas de dinamita /de!lagración18 Dambién entra como componente en el e>6osto de los otores diesel & de gasolina, en la salida de los gases . "87.4 DETECCION MEDIDA. +a medida de estos gases se e!ect0a mediante el empleo de tubos r`ger & una bomba de aspiración8 Como indicador del ó>ido de itrógeno sirve, también , el papel 6umedecido con una solución de &oduro de potasio idos . "8#8(
ALDEHIDOS
+os %lde6dos son, producidos principalmente por el !uncionamiento de motores de combustión interna8 in embargo, pueden presentarse también por la destilación del carbón en el curso de incendios . $l cuerpo 6umano es bastante sensible a tenores bajos en alde6dos: el ol!ato los detecta a partir de " > "( - . +os e!ectos de e>posiciones prolongadas a tenores débiles no se conocen mu& bien & est2n en el campo de estudio8 Ciertos autores los consideran como nocivos al organismo 6umano8
TABLA 4;4C%%CD$IDIC% $ +O 3%$ F$C@$D$ $ +% I%
GAS
R!%LA %!CA
ES# ESEC&C# J@/m3
R#EDADES &SCAS
E&ECT#S "#C#S
"# ES T#$C#
#$GE"#
#2
1.1056
"C#L#R# "#D#R# "SAB#R#
"TR#GE"#
"2
0. +673
"C#L#R# "#D#R# "SAB#R# S#CA"TE
AS&$A"TE
GAS CARB#"C#
C#2
1.52+1
"C#L#R# "#D#R# SAB#R LGERA!E"TE ACD#I RRTA
AS&$A"TE
LA STA
DETECCC#" AARAT#S %SAD#S
ARE "#R!AL
RESRAC#" LA!ARA DE BE"C"A #$GE"#!ETR# !%LTDECTECT#R
!in. 1+
%" A%!E"T# #R E"C!A DEL AL#R "#R!AL E$T"G%E LA LLA!A
80
RESRAC#"I E$T"C#" DE LA LLA!A E" LA LA!ARA DE BE"C"A, B#!BA DE ARAC#" T%B#S
0. 5
ARE "#R!AL E" ESTRAT#S E"TRE LAS CAAS DE R#CA RESRAC#" ESTRAT#S "CE"D#S #LAD%RAS C#!B%ST#" "TER"A DE !A%"AS I C%AL%ER C#!B%ST#"
%"T# &ATAL # AL#R ELGR#S#
L
#RGE" E" L#S TRABAK#S !"ER#S
,
!
,
! E @mn; <; 6m3 min. > Fm n n n; <;Nn
M 6,
< mN< >< i < nn; n >i< < ?< n P ;i
5.000 O12 ,
!ETA"#
C'4
0. 5545
"C#L#R# "#D#R# "SAB#R#
E$L#S# AS&$A"TE
ESTRAT#SI !A"T#S DE CARB#"I %TRE&ACC#" ATERAS #RGA"CAS
LA!ARA DE BE"C"A !ETA"#!ETR#I !RLTDETECT#R !EDD#R DE !EQCLAS E$L#SAS
!. 1.0
!#"#$D# DECARB#"#
C#
0. +672
"C#L#R# "#D#R# "SAB#R#
E"E"#S# E$L#S#
#LAD%RASI !#T#RES DE C#!B%ST#"I "CE"D#S
B#!BA DE ASRAC#" T%B#SI !%LTDECTECT#R
0. 005
50
1375, m >
#$D#S DE "TR#GE"#
"#2 "2 # "#
1.58+5 1.51+2 1.0358
#L#R RRTA"TEI ARD# R#KQ#I SAB#R A!ARG#
E"E"#S#
#LAD%RAS !#T#RES DE C#!B%ST#"I C#!B%ST#" "C#!LETA
#L#R, C#L#RI B#!BA DE ASRAC#" T%B#SI !%LTDETECT#R
0. 0005
5
0. 005,
50
ACD# S%&'DRC#
'2S
1.1+12
#L#R A '%E#S #DRD#SI SAB#R ACD#
E"E"#S# E$L#S#
AG%A DE ESTRAT#SI #LAD%RAS
#L#R, B#!BA DE ASRAC#"I !%LTDETECT#R
0. 002
20
4-46, m >
1000 >>m < m; inmi;
22
#BSERAC#"ES
< mN< i?in i < nn; n < >;< ;< < ?< P ;i
5 15, m >
Tin mF mN< ini > Fm@in <n@ @nI m n iFm@in E< @< mN< >i@<. En min< n;< >i9imn; n < n;< n < > n ?< n A" ?n;i in #> <@n @ >i@ n < in ?n;i<
"89 ASPECTOS RELATIVOS A PROBLEMAS CON LOS GASES especto a los problemas de gases , es bueno tener en claro las siguientes consideraciones:
$sta relación es de volumen8 $sta ecuación nos lleva a concluir geno & por consiguiente de aire8 $studios médicos 6an dado como resultado las ci!ras
RESPIRA CIONES POR MINUTO
TOTAL AIRE INHALADO LITROSMIN
OXIGENO CONSUMIDO LITROSMIN
COCIENT E RESPIRA TORIO
"'-"#
AIRE INHALADO EN CADA RESPIRACIÓN LITROS 0.4-0.7"
REPOSO MODERADA
5-")
0.'#)
0.75
)(
".5.'
4--59
".9#
0.90
4(
'85
9#
'.#)
".00
ESFUER0O
e acuerdo con la tabla anterior & el m2>imo cociente respiratorio, la cantidad de bió>ido de carbono /CO'1 e>pulsado en la respiración al in6alar el volumen de o>geno establecido en la tabla ', es igual a ',#) litrosminuto, para un trabajo con es!uer=o. )
$l reglamento de eguridad en las +abores ubterr2neas , ecreto "))5 de "9#7, establece - m min8 de aire para cada trabajador geno en la atmós!era de trabajo, seg0n lo establecido en el reglamento anterior: "9Q N Contenido m2>imo permisible, de gas carbónico CO ', seg0n el reglamento antes mencionado 085Q8 N
PROBLEMA 4 .- Calcular la cantidad de aire necesaria, H? de acuerdo con el cuadro anterior, en ) m minuto8 Sol)%#&$: Para la solución a este problema nos situaremos en una actividad de trabajo con muc6o es!uer=o,
)
– '8#) litrosmin8W "m ".000litros E 0."9W? )
e donde: ? E (.00'#)/(.'"-0."91 E (8"4"5 m minuto, o sean "4".5 litrosmin8 de aire )
PROBLEMA 8 .- Como en el ejemplo anterior, calcular H? reima Concentración de CO' es igual a: 0.5Q8
Sol)%#&$: Cociente respiratorio para m2>imo es!uer=o E " CO' e>6alado O' E " e donde: CO' e>6alado E " W 0.00'#) E 0.00'#) ) minuto m ECUACION DE BALANCE Cantidad CO' en aire Z Cantidad de CO' de respiración E Cantidad de CO', *+P en !rente O sea
Z 0.00'#)
E 085Q W )
e donde: ? E (.0 '#) /(80(5 – 0.000)1 E 0.-0' m minuto, o sean -(' litros minuto de aire8 CAPÍTULO II HUMEDAD TEMPERATURA '8( GENERALIDADES : $l aire seco atmos!érico es una me=cla gaseosa
N 8 <;?4
A
$l peso molecular !icticio de esta me=cla se obtiene 6aciendo la suma de los pesos moleculares de los constitu&entesA multiplicando, previamente, cada uno de ellos por la concentración molecular / a1 correspondiente, o sea: a E )' SQO'T Z '#80- N8 Z )9.944 A E )' > 0.'"( Z '#80"- > ( .7#" Z )98944> 0.0(9 E '#89- Bg8mol Pero el aire atmos!érico no es seco, es 60medo & contiene vapor de agua8 $llo , 6ace necesario de!inir el tenor de agua en el aire 60medo por una concentración /sea en peso o sea en volumen1 . $n la pr2ctica se 6a recurrido a tres caractersticas, como se 6a 6ec6o a menudo en el estudio de me=clas binarias8 Dales caractersticas son: la 6umedad absoluta, el grado 6igrométrico & el grado de saturación . '8" HUMEDAD ABSOLUTA : e llama 6umedad absoluta la caracterstica en la cual Pv designa el peso de vapor de agua en ilogramos, me=clado con Pa ilogramos de aire seco,
Pv \E Pa Como se observa, entonces, el peso Pv no est2 relacionado al peso total /PaZPv1 de la me=cla, sino al peso Pa del aire seco8 $sta !orma de e>presión se 6alla justi!ic ada, por el 6ec6o de
26
i Pa E "Bg8, entonces, se tiene presa saturación del vapor agua la saturado temperaturaA conocidatemperaturas por la curva .de vapori=ación & se en tablas del de vapor decon agua a lases di!erentes i Hp es la presión total de la me=cla & la presión parcial del aire seco es: Hpa. $ntonces:
pa
=
p
− pv =
p
'
− φ pv
Como las presiones parciales pa & pv, seg0n las le&es, de las me=clas gaseosas, son respectivamente proporcionales a las concentraciones en aire seco & de agua, también !inalmente a los n0meros de . moles Pa'#,9- & Pv"#,0' de aire seco & de aguaA '#,9- & "#,0' siendo respectivamente los pesos moleculares !icticios del aire seco & del agua, se tendr2:
Pv pv pa
pv
=
18.02
= 1.607
=
p−φp
Pa
Pv
1
Pv
0.622 Pa
Pa
28.+6 S v de donde se saca la relación entre > & = 0.622 φ p Sv pv x = 0.622
p−φp Sv
=
φ:
p − φ p Sv
Cuando φ E 0A se tiene también, E (8 +a me=cla es , entonces, completamente aire seco8 Cuando φ E " el aire est2 saturado de vapor de aguaA el vapor de H> correspondiente, , se convierte entonces, en: \X E (X-''8
pv p − pv
'8) GRADO DE SATURACION +a caracterstica utili=ada, a veces para de !inir la 6umedad del aire , es el grado de saturación , o seatercera la relación:
x
ψ = x el peso de vapor de agua me=clado a " Bg8 de aire seco, el peso >X de vapor de agua
contener " g8 de are seco en el estado de saturación & a la misma temperatura8 eg0n las !órmulas anteriores se obtiene, entonces, lo siguiente: ψ
=
x
xS
=φ
p − p Sv
p − φ p Sv
φ no sea demasiado di!erente de la unidadY/0.# φ "1 la di!erencia entre φ & ψ es peplica, el porimación . Cuando
% continuación le presentamos al lector una tabla para el c2lculo de la 6umedad relativa8 $sta !órmula nos da una gran precisión.
La fórmula de Sprung8. Dambién se puede determinar la 6umedad del aire a partir de mediciones e!ectuadas con el psicrómetro utili=ando la H!órmula emprica de prung . pv = ps,h − a * p * (ts − th ) $n esta !órmula Hp s,6H/pv1designa la presión de saturación del ; 'O, a la temperatura del termómetro 60medoA p la presión total del aire o la presión barométrica en el lugar de la medición , medida con el barómetro & pv la presión parcial del vapor de agua en la me=cla a la misma temperatura. +a p v se busca en las tablasA Ha es una constante denominada H constante psicrométrica
-,99# 7,5" #,(4" #,-(5 9,'(4
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+* +sh - 0,000>>=+1,-o.'(-#%,J(s - (h +
=
@;8@@
=
PRESION BAROMETRICA J+1,-o.'(-#%, EEMPLO A CONTINUACION ; '7(0 altura del sitio donde se desea calcular la presión barométrica ts
)(UC
Demperatura seca en UC del sitio donde se
t6
'5UC
Demperatura 60meda del sitio donde se
PRESION DE VAPOR J+ * pv '",9"# ps6 '),75" pbarométrica 555,447
presión del vapor de agua de la me=cla a una temperatura t 6 cual
HUMEDAD RELATIVA Jφ 6umedad relativa en Q /φ E 0.9''# φ /pvps,61W"00E 99.'#Q
$s conveniente, sin embargo, seJalar actos8 '84 MEDICIONES DE LA HUMEDAD +a 6umedad del aire se puede de!inir por la 6umedad absoluta, la 6umedad relativa al grado de saturación & punto de roco. Cuando se encuentra una de estas magnitudes , adem2s de la temperatura & presión, se pueden encontrar las otras, &a sea por las !órmulas anteriores, por tablas o gr2!icos psicrométricos8 Para e!ectos pr2cticos, la 6umedad se determina con los siguientes aparatos: 6igrómetros, 6ipsómetros & psicrómetros. $n bajo tierra se emplean usualmente los psicrómetros. '848" EL HIGROMETRO 2s conocido es el de cabellos 6umanos desengrasados , cu&a longitud varia directamente en !unción de la 6umedad relativa del medio ambiente8 $stos aparatos son poco precisosA adem2s, los cabellos pierden poco a poco sus propiedades 6igrométricas & deben regenerarse periódicamente dentro de un ambiente saturado . $l mejor método de medida de la 6umedad del aire es por medio del método psicrométrico,
ANEXO PSICROMETRO
$s un 6igrométro terior sobre el termómetro 60medo es despreciable, esta agua 6ar2 descender la temperatura después de un cierto tiempo 6asta una temperatura limite de en!riamiento imado, en la pr2ctica, para la estabili=aciónA de las temperaturas 60meda & seca . Por este método se obtienen resultados bastante precisos trat2ndose de un psicrómetro cu&o bulbo 60medo esté bien protegido de las radiaciones de las paredes vecinas & de los incrementos de calor por conducción8 +a velocidad del aire a través de los dos termómetros debe ser del orden de ',5 mseg. $n el %$\O # O O 3 % % P%% + % %3*$I @% C IO %P O \ I % % $ + % ; @ $ % $+% /φ1,D I*% se e>plica por medio de un ejemplo la manera r2pida de averiguar en !orma apro>imada la 6umedad relativa de un lugar, conociendo las temperaturas 60meda & seca8 $ste valor en el nomograma tiene un apreciable margen de error, pero es una in!ormación bastante apro>imada cuando se desea tener en !orma r2pida . '85 CAUSAS DE ELEVACION DE LA TEMPERATURA DEL AIRE DE LA MINA : +a temperatura de la corriente de ventilación de una mina est2 basada en el 6ec6o de plotaciones, en una mina poco pro!unda , est2n situadas en terrenos donde la temperatura es, generalmente superior a la temperatura de la corriente de ventilación8
$n e!ecto, se sabe tensión de los corrientes de masas de aire & océanos por un !lujo térmico, transmitido por conductibilidadA valor "0 calseg.cm en la corte=a terrestre, dando srcen a un gradiente térmico tremadamente cerca a la super!icie del suelo & imos de 7( m por "C en C6ecoslovaidación /la o>idación del carbón plosivos , l2mparas de llama abierta & la respiración del personal & animales18 d Demperatura del aire en super!icie8 e Intensidad de la ventilación, & " Otros !actores. $n general en las minas pro!undas, las medidas siguientes ocasionar2n una mejora sensible de la temperatura: 4 Introducción de aire comprimido a la mina, cuando las instalaciones de compresores se encuentran en super!icieA desaghe & e>tracción del agua por los retornos de aire & no por las entradas de aire . 8 $mpleo de relleno, en lugar de método de 6undimiento , '8- MEDIDA DE LA TEMPERATURA EN LAS MINAS Con el objeto de e!ectuar mediciones de temperatura en las minas se pueden usar: '8-8" TERMOMETROS ORDINARIOS e vidrio, basados en la dilatación del mercurio, u otro l
'87 INFLUENCIA DEL CLIMA EN EL CUERPO HUMANO $l obrero en el trabajo, emite al rededor del medio en cederla sin embargo, en algunos grados de temperatura . Dambién puede, adem2s, reducirse en primera apro>imación a tener en cuenta la temperatura seca , la temperatura 60meda & la velocidad del aire para caracteri=ar el clima del medio8 +a temperatura seca t s & la temperatura 60meda t 6 se miden aislada & r2pidamente con el psicrómetro, con una precisión bastante grandeA en cuanto a la velocidad del aire su medida se reali=a con el empleo del anemómetroA de ning0n modo es necesario tener en cuenta velocidade s in!eriores a )( cm . seg., cantidad generalmente asegurada al contacto del obrero por la sola agitación de éste en el curso del trabajo8 $l obrero se adapta m2s a las atmós!eras calientes, de tal manera, plica la abundante sudoración de los obreros generalmente desvestidos en los ambientes m2s calientes /minas del *alle del Cauca1. e de!ine como temperatura e!ectiva t e, de un lugar, la de un recinto eperimentara para una actividad, la misma sensación perimentara en un !rente de trabajo en bajo tierra8 $ntre la temperatura e!ectiva & el !lujo de calor m2>imo, iste una relación apro>imada simple presión siguiente, en militermios por hora, de !lujo m2>imo emitido por un obrero completamente desvestido: Fl)o de %,lo- e.#(#do 400 5< J59 (e *2lida para te f'7C8 $ntre ma&or sea la temperatura e!ectiva, menor ser2 el !lujo de calor
reducción de la productividad del obrero, tanto m2s, si se trata de trabajos pesadosA al mismo tiempo se produce una reducción de sus !acultades generales, /destre=a, atención1 des!avorable para la seguridad8 e puede naturalmente buscar, seleccionar & entrenar los obreros iste una relación precisa simple entre la temperatura resultante & los di!erentes par2metros caractersticos de un !rente minero8 %pro>imadamente para las minas calientes en las cuales la temperatura media de las paredes no e>ceda notablemente la temperatura del aire se puede utili=ar la siguiente e>presión:
t E 0.7t Z ()tk - l @n c2lculo m2s preciso puede lograrse con el empleo del omograma del %$\O 98- O O3 % % P % % $+ C%+C@+O $ + % D $ P $ % D% @$F$C DI*%, el cual trae un ejemplo para el c2lculo de la temperatura e!ectiva de un !rente8 $n la cual t s & t6 /temperaturas 60medas & secas1 son e>presadas en grados centgrados & *, la velocidad del aire en el sitio de trabajo del obrero, est2 e>presado en msA tal e>presión da un valor bastante apro>imado a la temperatura e!ectiva en el sitio de trabajo . +a relación anterior, nos muestra la preeminencia de la temperatura 60meda del aire & la in!luencia de la velocidad del aire, en la evaporación & en el c2lculo de la temperatura e!ectiva de un lugar de trabajo8 $l aumento del !lujo de la ventilación juega por lo tanto un papel importante no sólo para el término * sino también para la reducción de t s & t6, como se observa8 Conviene tener en cuenta cesiva, cae de su peso
4; *aliéndose de las !órmulas estudiadas, para el c2lculo de la 6umedad relativa & utili=ando la !órmula de prung, calcule las columnas
FRENTE
C;I3%K% I%%D$ C;I3%K% *$D%% %%C% )er. I*$+ %%C% I*$+ P%DIO +% C;%P% D@$+ 4 +% C;%P% D@$+ 7 nin8 In!. C%+IK% D@$+ *$DI+%CIO C%+IK% D@$+ P%DIO O3%OO P%DIO O3%OO %MO DI$% @*O 4to. iv.. IF8 @*O -to. iv8 In!. %%3% @P$FICI$ %%3% I+$CIO iv8 In!. C@C@D% @P$FICI$ C@C@D% %MO DI$% %%?@I++% iv. P%DIO %%?@I++% 8Dierra
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P@ 3 Q
%% CO Q
3rado de comodi dad
$l grado de comodidad se calcula sumando a 4 0 el 7'Q de la suma de las temperaturas 60meda & seca8 i el valor obtenido es in!erior a 7( se puede decir de un grado de comodidad satis!actorio, es decir , 6a& con!ort en el sitio8 i es superior a 70, &a e>iste un grado incomodidad en el ambiente8 Dambién usted puede relacionar este !actor clim2tico al de la temperatura e!ectiva8 i esta temperatura es menor
CAPÍTULO
III
C!LCULOS DE VENTILACION )8 OBETIVOS : +as metas plosivos & tó>icos contenidos en el aire de las labores subterr2neas. - isminución de la a temperatura del aire en las minas pro!undas & 60medas & en secciones calientes como en los &acimientos a=u!re /1 & de pirita /Fe '1. e acuerdo con la clase de mineral e>pulsado prevalece uno u otro !actor, as: en las minas grisutuosas, la cantidad de gris0 plosivos & la cantidad de polvo suspendido en el aire. +os métodos de c2lculo de caudal de aire depende , entonces, de: - +a cantidad de gases clusivamente para las minas de pro!undidad ma&or de # 00 a 900m . )8" C,l%)lo del %,)d,l de ,#-e se2$ des+-e$d#.#e$(o de .e(,$o . $sta evaluación es b2sica para a
Qnecesario
=
100 * q 24 * 60 * 60p
=
q * 100 3 (m / s) 86.400
onde: )
< E '8000 > "0 E '0.000 m de4 C; da 100 * 20.000 3 Q 23.15m /
seg=
=
86.400 * 1 23.15 + (30% de 23.15 O sea que :
= 6.95) = 30.10m3
/ seg
Q
= 30.10m3
/ s * 60s / 1min
= 1.806m3
/ min
)8' CALCULO PARA RESPIRACION DEL PERSONAL $l caudal de aire necesario para la totalidad de personal, teniendo en cuenta el turno de ma&or personal es: 5 : > $ J. .#$; )
onde - E m min8, cantidad de aire para cada 6ombre en bajo tierra, seg0n norma reglamentaria ecreto "))5. n E n0mero de personas plosivo. e basa este c2lculo en dos valores: )
Formación de 0,04( m de productos tó>icos por la voladura de " Bg ., de e>plosivo8 - Diempo de ventilación no ma&or de )( min8 con e>cepción de e>plosiones en masaA o sea el tiempo dentro del turno,
e acuerdo a algunos reglamentos de seguridad, los productos tó>icos de la e>plosión deben ser diluidos a no m2s de 0,00#Q en volumen, entonces se obtendr2
Q A
=
100 * a * 0.008 * t
$nEdonde: % Cantidad de e>plosivo en la voladura en Bg8 ) a E 0,04( m g8 t E Diempo de pausa entre la voladura) & el regreso al !rente o tiempo de ventilación en minutos8 ? E Cantidad de aire necesario en m min8 PROBLEMAS 4; +a rata de desprendimiento de C;4 en una c2mara de e>plotación, de un manto, vara entre "84 /"8#A '1 ) a 7/9A ""1 m minuto8 Calcular el volumen de aire !resco necesario ima permisible de este polvo es de 98" /"(A""1 miligramos m de aire8 ) Calcular el caudal de aire necesario en m minuto para diluir el polvo producido por la per!oración a un nivel apto para el organismo8 +a concentración de polvo isto: )
1. eis metros c0bicos /-m 1 por minuto por cada ;P. de la m2ido de carbono /CO1 en los gases del e>isto no sea superior a cero punto doce por ciento / 08"'Q1A ) %; Cuatro metros c0bicos /4m 1 por minuto por cada ;P. de la m2ido de carbono /CO1 en los gases del e>isto no sea superior de cero punto cero oc6o por ciento / 0.0#Q1.
$n este problema establecer el caudal de aire de una mina donde se 6ace una voladura dentro del turno de trabajo con ' 00 Bg8/"50BgsA '5 0Bgs1 de %FO cu&a producción de gases tó>icos es de 0.4(Q & el tiempo de ventilación es de '( minutos8 $n esta mina circulan los siguientes eicos & 6umos. la sección del tambor es de " .''>"8#) metros & "'8'( metros de longitud sobre el nivel . i el ventilación au>iliar proporciona ') metros c0bicos por minuto /mcmn1 de aire !resco 6asta el !rente del tambor, cu2nto tiempo tomar2 diluir los 6umos a una concentración de 5 0 p.p.m, para isto de un m2isto muestra la siguiente producción de gases por el ;P del eidos de nitrógeno. 4.'45>"0 .5 onó>ido de carbono ".-#>"0 .) %n6drido carbónico-- 7,55->"0 %lde6dos '.#->"0 +os c2lculos se e!ect0an & llevan a cabo, de acuerdo con los *+P establecidos en el reglamento "))58 %sumir: /"1
$l !lujo es el volumen del aire ?v , el cual se e>presa en m s. $l !lujo en peso ?< es e>presado en Bg8s & es igual a: :7ω=:* ω siendo el peso especi!ico del !luido /o peso vol0mico1 en Bg8m ) )
Igualmente se considera el !lujo en volumen normal ?n /m s1
$l peso especi!ico del aire seco ωo X bajo condiciones normales es: ",''- Bg8m A el peso espec!ico del ) aire a nivel del mar X ωnm X es: ",'9) Bg8m 8 $l peso especi!ico del aire en las minas bo&acenses X ωb varia ) entre 0,# & 0,9 Bg8m . )848' PRESIONES +a unidad de presión del sistema I de Bg8m '. @n g88m' es igual a la presión de "mm columna de agua ' o a 08"0"9# pascalesA normalmente se e>presan las presiones en Bg .m o en mm de agua. '
+a unidad del sistema cegesimal C3 en el bar&e /o I%cm 1con sus m0ltiplos: el bar o ) megabar&eE"( bar&es el milibarE"( bar&es.
4
+a unidad del sistema B es el pie=eE" 0' bar&es con su m0ltiplo el 6ectopie=eE " bar & su subm0ltiplo el centipie=e, el cual se apro>ima al Bg8m . e utili=a igualmente la atmós!era, la cual es igual a "0.))) ' mm de agua o "0.))) Bg8m , ella se apro>ima a un 6ectopie=e8 .5
+a unidad del sistema internacional I es el pascal
'
+a potencia es el producto de un !lujo, en m s, por una presión ∆>/;1 en Bg8m /sistema B1 de lo /gms1 E P
=
∆x * Q (kilovatios) 102 )
$n el sistema internacional I el producto de un !lujo ? en m s por una presión en Pascales , es una potencia en 8ms o sea en vatios. )8484 OTRAS M AGNITUDES 1 m3 / kg - *olumen espec!ico:
ω
m -
*elocidad: *
s
.)
- Cantidad de calor: Bcal.E"0 termia - Calor especi!ico o calor m2sico a presión constante: Cp o a volumen constante Cv Bcal8g8 3rado ' - Coe!iciente de viscosidad din2micoA : la unidad cegesimal /C31 I%s.cm se llama poise
η
$l ilopondio /p1 , unidad de !uer=a en el sistema alem2n, cuando una !uer=a un Bg es ejercida a una ' masa de un Bg con una aceleración de " ms de un ilogramo8 -
)85 FLUIDO COMPRESOBLE NO VISCOSO De"#$#%#&$.- $s un !luido compresible no viscosoA las !uer=as de !ricción interna iste en la realidad, pero
1
ω
velocidad * temperatura D .
i la sección recta del !ilete. es demasiado pe de la sección, teniendo en cuenta la longitud del !ilete. 2
1
> S2 S1
; ? $1 $2
Fig8 ' ecciones " & ' de un Filete de Fluido
Fig8 )
)858" ECUACIONES DEL MOVIMIENTO $>iste entre las cuatro magnitudes: p,N /o a1 D & *, !unciones de la variable > , cuatro relaciones !sicas presaremos primero bajo su !orma di!erencial , dp, dω, dt & dv las cuales representar2n las variaciones de las cuatro magnitudes a lo largo del tramo del !ilete de longitud d>8 +as ecuaciones del movimiento de una partcula son las siguientes: )85."8" ECUACION DE CONTINUIDAD
ω∗ W* E presa la conservación de la masaA el !lujo en peso de !luido ?/<1
/'1
$sta es la ecuación caracterstica del !luido . Por ejemplo, cuando el !luido es un gas per!ecto, ella se escribe: p = Constante ωT )85."8) ECUACION DE CARGA :
dp
ω
+
V2
+ dz = 0
/)1
2g
$sta ecuación se deriva directamente de la aplicación de la le& !undamental de la mec2nica F E m t, presión del teorema de las !uer=as vivas aplicada a un !luido, %dmitimos terior
)85."8) ECUACION CALORIMETRICA JΦ! = Jd# + Pdσ /41
"p
Φ designa el !lujo de calor cedido al e>terior por el !ilete !luidoA est2 relacionado a unidad de longitud del !ilete /cal8s,m818 i, por ejemplo el movimiento se lleva a cabo sin cambio de calor con el e>terior /!ijo adiab2tico1 se tiene presado en cal.g8 $sta es una !unción conocida de las variables de estado: p , N, D. Por ejemplo, en el caso de un gas per!ecto la e>presión es: -
@EcvD cv siendo el calor espec!ico a volumen constante cal8g8-grado8 $sta ecuación e>presa la conservación pσ , de la energa /dirección del primer principio de termodin2mica , introduciendo la entalpa: H = U + J esta ecuación también se puede escribir , también, de la !orma:
J
Φ qp
dx
=
JdH
dp
− ω (4 bis)
la entalpa es, como la energa interna, una !unción conocida de las variables de estado: p, ω,D8A ella se e>presa igualmente en cal8g8 $n el caso de un gas ideal , ella tiene le !orma ; E c p D., c p & designa el calor especi!ico a presión constante /cal8Bg8 - grado1. e puede, !inalmente reempla=ar la ecuación /41 por la ecuación /4ter1 , la cual es combinación de la /4 bis1 & la /)1, o sea: 2
d Φ dx qp
=
JdH
/4ter1
+ d V + d 2g ÷
)8- SIGNIFICACION DE LA PRDIDA DE CARGA : +a ecuación /)1 en lugar de e>presarla en !orma di!erencial como se 6i=o anteriormente, se puede de!inir también integrando la longitud del !ilete , considerando dos secciones rectas I & ' de abscisas \ "& \' S1
S2
$1
$1
$2 $2
FI3. 4 & sean
p1,ω1,T1, $ p2 ,ω2,T2,V2 los valores toma-dos para las cuatro magnitudes p, ω, D, *, en las V1 dos secciones. $ntonces se tiene
1
dp
∫ 0 ω + g (V 1
2
2
x1
/51
2 − V1 ) + 1% − 2% =
(P − P ) + 1
−% =0
(V 2 − V 2 ) +
/-1
% 2
2
1
1
2
1
2g
&
$sta ecuación esta, del teorema de ernoulli. e e>presa generalmente de la siguiente manera:
p1 +
ω + ω% = p + ω 1 2
2g
2g
V22 + ω % 2
$cuación esta, del teorema de ernoulli,
ω
2
V + ω% 2g \, tiene las dimensiones de una presión.
x= p
)87 PERDIDA DE CARGA PARA FLUIDOS CON RO0AMIENTO $n el caso de un !luido real las !uer=as de ro=amiento se ejercen entre las partculas en movimiento, el trabajodedecalor8 estas !uer=as de !ricción constitu&e una disipación de energa
+a carga > no permanece constante a lo largo del !ileteA ella va constantemente decreciendo en el sentido del movimiento, e llama pérdida de carga ∆x entre dos secciones " & '. la disminución de la carga > entre estas secciones /91 ω ω ∆x = x − x = p + V 2 + ω % − p + V 2 + ω % 1
2
1
2g
1
1
÷
2
2g
2
2
÷
+a magnitud ∆x siempre positiva representa la energa liberada por las !ricciones, bajo la !orma de calo8, en la unidad de volumen , en el curso de su despla=amiento entre las secciones " & ' /g8 mm ) E ' gm 18 Para poner en evidencia la signi!icación !sica de la pérdida de carga %\, coloperimentar2 una cada de presión E ∆x
∆p
$ste trabajo se ejerce sobre el volumen de !luido ? v E W*A el trabajo suministrado a le unidad de volumen del !luido es, ∆x . $ste trabajo es trans!ormado en calor por !ricciones entre las partculas del !ilete !luido. % menudo se tiene la tendencia de con!undir la pérdida de carga con la cada de oresi-rA en realidad estas des magnitudes no son iguales si no en el caso particular aminar: el .
,
movimiento 6ori=ontal a sección constante $n el caso general la perdida de carga términos: p"-p' 2
2
ω
( V1 − V2 ) 2 g K"- K'
∆x es la suma de los
*ariación de la presión /cabe=a de presión1 *ariación de la velocidad /cabe=a de velocidad1
*ariación de la altura /cabe=a de altura1
)8# CONDICIONES DE APLICACION DE LAS ECUACIONES DE FLUIDO NO COMPRESIBLE $s bien cierto
entonces, mu& importante.
% las pérdidas de carga & a los ventiladoresA para la totalidad de una mina, las variaciones son de algunas ' ' centenas: de Bg8m /alrededor de 400 g8m' 1A por el contrario pare un tramo de galera de " Bm ., de longitud ella es generalmente in!erior "( g8m /o sea menos de "Q uno por mil en valor relativo18 @na variación en temperatura de '0 UC8 $ntraJara una variación relativa del peso espec!ico, del orden de8 , ci!ra no despreciable ∆ω ∆T 20 = = = 6.6,
ω
T
300
Por el contrario, a lo largo de una galera o de un !rente de e>plotación, la variación de. la temperatura no e>cede generalmente sino el algunos grados, la variación relativa de peso espec!ico , en este caso, no sobrepasa del " a 'Q8 $n conclusión, si se considera la mina en le conjunto, el peso espec!ico e>perimenta variaciones importantes de un punto a otro, & la aplicación de las ecuaciones de los !luidos incompresibles no constitu&en m2s imación, inadmisible en un c2lculo teórico8 in embargo, esta apro>imación es casi siempre su!iciente , igual para un c2lculo preciso, cuando se considera un tramo de va, un !rente e igualmente una sección , e>cepto para el caso de po=os , )89 RESISTENCIA De"#$#%#o$es W )$#d,des: $s el grado de di!icultad para transportar el aire de ventilación en una mina de un lugar a otro, dependiendo de la sección de la va, tipo de va /arco, madera, sin entibación , libre sin accesorios con accesorios-vagonetas, transportadora1, de su longitud & de su peso espec!ico $n los problemas de ventilación de minas se tiene la costumbre de caracteri=ar los di!erentes tramos de e>plotación, galeras, tambores, bajadas, etc8, no por su coe!iciente de pérdida de carga, si no por su resistencia. i el tramo est2 recorrido por una corriente de aire de peso espec!ico constante ω, su pérdida de carga ∆x se de!ine por la ecuación /918 2 2 ∆x = p1 + ω2Vg1 + ω %1 ÷− p2 + ωV2 2g + ω %2 ÷
e de!ine la resistencia de un tramo de va subterr2nea por la relación:
'=
'V
∆x "
/"'1
2
= ∆x2
/")1
"V
= δ x2
/"41 "n $n caso particular donde el tramo considerado es 6ori=ontal , con sección constante K"EK'E & *"E*', entonces la e>presión /91 se reduce a:
'n
∆x = p1 − p2 = ∆P +a resistencia es entonces igual a: ' =
∆x 2
" % menudo, se toma esta relación como de!inición de resistencia de una va8 $n la realidad ella solo es v2lida en el caso particular don el tramo o la va -entre dos nudos- es 6ori=ontal.
)898" UNIDADES +a u n i d a d de resis tenci a es el MURGUE , i
'
)
est2 e>presado en Ogm o mm, columna de agua & ?v en m s,
∆x debe ser e>presado en Oilomurgues . $l murgue es, entonces, la resi ste ncia de una galera en la cual un !lujo " ) m s c i r c u l a bajo el e!ecto de una di!e ren cia de carga o presión de: −3
10
!g 2
=1
g
"istema #rances
$n el siste ma alem2n la uni dad de resistencia se denomina miliNesbac6 /mGb1,
m
2
m
TABLA 9 E:UIVALENCIAS '
" Bg-!uer=am "8000m urgues "8000m iliNeisbac6 " %tinson "-4%tinson
'
" Bilopondiom "Bilomurgue "BilomurgueE"Geisbac6 0.00-" Bilomurgue "Geisbac6E"BilomurgueE"
.000
murgues
+a unidad de resistencia en el sistema inglés es el %tinson,
T
=
1
' $lla es tal periencia , sentido & capacidad a n a l t i c a del Ingeniero de i n as o del Décnico
Curva /41 para tramos de va en concreto a base de cemento *er %ne>o #
% continuación, el autor obtuvo valores pr2cticos de resistencia de varias minas de %C$I% , por el sistema de paso XperegrinoX con !lujo obtenido por medio de mediciones de velocidad con el anemómetro de rueda alada & mediciones de 2reas obtenidas mediante el metro8 e 6ace salvedad
VI A
%M%%",vacontransportadora 3%+$I% 4-0 88vacontransportadora 3%+$I%4-POvacontransportadora D%*$%+ '/0 libre1 D%O DO ' . /libre1 D%MO 4 DO. D@$+)6astapo=odescargue/libre1
" ' ) 4 5 7
SECCION 8 MEDIA .
#87 787 #84
LONGITUD J.
-"499 4(-87
4#5 "4(
4.0 #8'
'87 49'
R4<0 1
e$
0.00"-4 0.00''9 0.00"#' 0.00)04 0.("900 ")4 0.(5999 0.00"9)
M INA S AMAC A NQ
VIA
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SECCION8
LONGITUD
MEDIA .
J.
D%*$%+ L3%+$I% %DOB /conregulador1 78" 3%+$I% DO H% L D* ' 0 ;%D% D "0/ libre1 -85 3%+$I% DO H , I%3O%+ , 3%+$I% D O HB /li1 7 .0 D%MODOH . ).4 +I*$+ "85 D%ODO H . )) U+ "85
R4<< e$ 1
4((
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M IN A E L U V O NQ
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" ' ) 4 5 -
SECCION8 MEDIA .
%M%%C$D%+ .: %8 in entibación /con accesorios1 # .0 8 Conentibación/conaccesorios1 "( .0 D%ODO ." @$O%I$/libre1 78" D@$+%+ID$;%D%%M%%C$D%+/libre1 "(87 D@$+%C%+$%$$O/conaccesorios1 ")85 C%%%5 %M%%' *I%D%+O$ /libre1 '" .0
LONGITUD J.
R4<0 1
'"9 "97
0.00'40
4) " ,('7 5(( 57
e$
0.(5'50.()0000. 0.("'00 0.00055 0.00')0
)8985 UTILI0ACION MANEO DE NOMOGRAMA RESISTENCIA PARA TUNELES MINEROS/ A NE XO ? "8
$l nomograma %$\O "(8- O O 3 % % P%% + % $ D $ O I%CI $ + % $I D $ C I% $ *$ D I+ %CI O $ 3 % + $I% L D % M O $ $ \ P +O D %C I O para ndices de resistencia de vas para t0neles mineros constan de un par de ejes de coordenadas con divisiones a doble logaritmo con el objeto de
$l tipo de va de!ine la curva a utili=ar, &a sea plotación en madera o con estemples de acero o 6idr2ulicos . +os di!erentes tipos de vas con o sin accesorios /transportadora, vagonetas1 corresponde otro tipo de curva
$n la primera abscisa 6ori=ontal del nomograma se indica el 2rea en m de la va8 +a segunda abscisa "(( se utili=a para tajos de determinado espesor, seg0n el manto de carbón, para " 00 m lineales. )89.58" Uso del No.o2-,.,: '
Conocido el 2rea en m de la va o el espesor del manto de carbón del tajo en m en este punto se levanta una perpendicular 6asta
)89858' P-o1le.,s "8 D,(os: %veriguar la pérdida de carga ∆> de una va por la cual circula un caudal de aire de -(( ' mmin8 +as caractersticas de )la va son: +ongitud: 4 00 m. ección: 5m A Forti!icación: %rcos de aceroA Peso $spec!ico ω: 0.#- Bg8m . '
P-o%ed#.#e$(o: $n la abscisa del nomograma %ne>o #, en la división 5m se levanta una perpendicular, 6asta o "0 o sean 0.0"0 "(0 E 400"00>0.0"0 E 0.04000 Gb8 Gb8 4((/0.#-1
∆>E
>? 4(( ' /-00-01
'
E 0.04000 >
E 4 mm columna de ;'O )s
Co$%l)s#&$: $sta va, para un peso espec!ico de 0.#- Bg.m & 40(m de longitud tiene una pérdida de carga de 4 mm col de agua. '8 ;allar el ∆> de un tambor avan=ado en madera8 +a longitud del tambor es de "-( mA ección: $spesor manto: )8( mA %nc6o: 'm . $l tambor no tiene construcciones interioresA Peso espec!ico: 0.#) Bg8m . )898-. RESISTIVIDAD $s la resistencia por unidad de longitud , o sea:
ξ=
' l
en kilomurgues / m o
&eisbach / m
)8"( ORIFICIO E:UIVALENTE , puede caracteri=ar una va, varas vas bajo tierra o $sta magnitud, llamada también abertura e
Ω=
t E "5C18 $ l l a esta
0.38
'e
Introduciendo en la noción de de ori!icio e
∆x = 0.121*ω * "2 * Ω− 2
+a noción de o ri ! ic io e
resistencia 8 %dem2s el o r i ! i c i o e
el grado de d i
e acuerdo a las di!icultades de ventilación, las minas se pueden clasi!icar en tres grupos de acuerdo con la Dabla siguiente: TABLA > GRADO DE DIFICULTAD PARA VENTILAR
Ω
$ID$CI%
/m'1
$P$CIFIC%
I% $ $CCIO $@CI%: i!ciles de ventilar I%$3@+%$: edianas di!icultadesde ventilar I%$$CCIO%P+I%:F2cilesdeventilar
0-"
".' f'
e
0."4) 0."4'-0.()5
0.()5
$n el cuadro anterior puede observarse 1 & Ω +as divisiones entre !lujo , & presión se e>presan en unidades m étricas por lo
0." PESO )8"peso ESPECÍFICO AIRE calcularse por la siguiente $l del a i rDEL e puede espec!ico !ormula: 0.455 * pbarometrica
ω=
273
+ ts
en donde Hp es la presión barométrica del s it i o , donde se mide la densidad, en mm . de ;g. Ht E temperatura del a i r e en grados centgrados. in lugar a dudas se obtiene un valor m2s e>acto s se calcula la 6umedad r e la t i va del aire por medio de la !ormula siguiente: 0.465 * pbarometrica − 0.176 * psaturacion *
ω= ϕ
273
+ ts
$n donde: pbarE presión barométrica en milmetros de ;g φ E 6umedad relativa del lugar en Q psaturación E tensión del vapor saturado a una temperatura dada en mm de ;g8A DE temperatura absoluta
)8"0.' PROBLEMA Calcular el peso espec!ico del aire en un !rente bajo tierra, 550Z0."7->"'8-99W08951/'7)Z"51 E 08##" Bg8m i aplicamos la !órmula: ω U 0.455 >mV;i /(273 W ;<) ω U 0.455 550 /(273 W 15) U 0.86+ Bg8m) $sta !órmula representa un 9#.-4 Q con relación a la anterior , lo
∆3J.. %ol H8 : J.5 .#$
MINA
O +% C;%P% D@$+ " +% C;%P% "$8 I*$+ %%C% )$8 I*$+ C%+IK% D%O 55 $+ @*O @$O %I$
#5 5' ')) )4
'
.'-#
94" " ) )
.#47 .5)9 .5-9
Ω (.8) (se%, ".)' 0.70 ".90 ).)" ).))
") ") "( "' '(
)8"' MEDIDAS DE VENTILACION Doda persona plotación minera se en!renta, por lo general , a dos clases de problemas bastante importantes: "8 la estimación & el control del !lujo de ve nti lac ión con plotación de la m i na . '8 la b0splotaciones mineras . Como la red ventilación e la mina se clasi! ica : " . de$n vas dde ventilación principal , '. *as de ventilación secundariaA ). *as de ventilación al ventilador principal . $ntonces , las medidas de ventilación se pueden clasi! icar en tres categoras di!erentes, en cuanto a las condiciones de trabajo: ediciones de ventilación en vas de ventilación principal edidas en canales de ventilación secundaria edidas en los ventiladores principales +as resistencias de las vas como galeras , transversales, tambores bajadas & otras pueden controlarse, entonces, mediante a!oros para el c2lculo de caudales & por medio de mediciones de presión8 *er reglamento "))5 para minas combustibles & no combustibles. )8"'.4 INSTRUMENTOS PARA LA MEDICION DE VELOCIDADES . /" 0 cms1 6asta "' 00 mmin. /' 0 +a gama de velocidades a medir se e>tiende desde - mmin ms1. $n la medición de la velocidad deq aire se utili=an por lo general ' aparatos: los anemómetros de rueda 6alada /aletas1 & el *elómetro tipo +uga, ;o& da se utili=an *elómetros igitales de mu& buena precisión.
)8"'."8" ANEMOMETRO DE RUEDA ALADA +as aletas son accionadas por la corriente de 8-1 re, estas permiten integrar la velocidad en !unción del tiempo, por medio de un contador. +os aparatos modernos pueden ser puestos en marc6a a distancia por el operador liberando el movimiento de relojera por tracción sobre un 6iloA el !uncionamiento del contador se
embraga de manera autom2tica desde un intervalo de "5 a )0 segundos men-tras
)8"'."84 TUBOS PITOT, PRANDTL O ANTENAS DIRECTRICES PARA MEDICION DE PRESIONES ESTATICA , DINAMICA TOTAL
p d
=
ρV 2 2
2 (17) = ωV
2g
ρ = masa volumica del aire ptotal = p + pestatica dinamica $l tubo detector de presión din2mica /tubo Pitot o Prandtl1 es una antena
@n manómetro de l
;n
)8"'."85 METODO VELOCIDADES
APROXIMADO
PARA
LA
MEDICION
DE
Consiste en utili=ar un tubo de 6umo, el cual al ser abierto por ambos e>tremos produce un colc6ón de 6umos al bombear aire a través de él por medio de un petremos , después de cada medición $l aire al entrar en contacto con la sustancia interna del tubo produce un 6umo blanco a=uloso ómetro /metro1 , marcando dos puntos I/inicial1 & F/!inal1 en la va a la distancia establecida, en !orma visible, con una ti=a, sobre objetos salientes de la va8 P-o%ed#.#e$(o: arcar con ti=a o pintura , &a sea en la tubera de aire comprimido o la entibación de madera o met2lica de la galera8 e establece la dirección inicial & !inal del !luido I/#$#%#o1: alida del !ilete !luido. F: /"#$1: +legada del !ilete !luido. $n I un primer operador bombea aire al tubo de 6umo, como se dijo, con una pe
Ee.+lo S>9n@< ;im> >mi m> > ;in Fm n i & < 6
<@n
metros
=
100
t
6
3
1min uto
min uto
)8"'.' MEDIDAS DE PRESION +as medidas de presión consisten en: )8"'.'8" edidas de presiones absolutas, tremidades de una va de ventilación o un elemento de la va, o en un canal de ventilación .
.
)8"'.) MEDIDA DE PRESIONES ABSOLUTAS )."'.)8" /e0e12iació
/e la p1e%ió a02o%341ica e %5pe13icie L > <>ii ; > >mi;iI < < n<iI imin < mi< i< n P ;i , inni < ?iin< mV;i< <>ii= ; >;I > n; @ < 9m;< ;ii< n < ;P< P ;i. L >im m; < ;in n m> 9m;< ni @i<;ii.
3.12.3.2 /e0e12iació /e p1e%ioe% a6%ol50a% e 6a7o 0ie11a: L< mi< >i<< <n i< > mi 9m;< ni< ; 9>;i (EPm>: B !9m; ASJA"A)I ini>i ninmin;: %n N>< ni < m P i9n >? .- &i @.-1 : D A G RA ! A DE B A R H!E T R #S < ;i9n n P. En < n B A " E $# 12 A "E R# D ES DE L EC T% RA .# ET CA <>min; n < @. E<; < < imin n ;i n;< >i; n im@n < n i<; mi; F ;= @i9n ;in m >imi; F ;< 0.1 mm '@. $n el caso de un microbarómetro de %sana:
%$\O "'8- F ig8 -" : I% 3 % % $ % $ D O %$OI$ $ +$CD@% OPDIC% Fig.-' : IC O % O $DO $ %B% I%. F)IC 3@ *% $ C O $C C I O $ @ % $ D O %$ O I$ la rotación del eje despla=a un espejo
re!leja un 6a= de lu= sobre una graduación de precisión , donde se puede leer ""00 mm de mercurio. Para el uso en bajo tierra, todos los aparatos deben protegerse en cajas o estuc6e de cuero. Para evitar errores grandes, es indispensable veri!icar su cero , compar2ndolos con un barómetro de mercurio de precisión & calibrarlos con !recuencia , &a
Con algunos de estos barómetros es importante esperar varios minutos antes de 6acer la lectura, para
4;
BP n m n ; n Y%Z >ini>< <ni< > (?i< n< n;n< mmI mn @) < ;< >Vi< @ i < >;< @< ( @n< mim;< 100 mm mn @I > Pm> . 8; BP m mn9m;< ; inin mn9m;< <>i< > ? >< >n < ini< 1/10 mm. @ E< im>;n; F n; @n< <;< > ;< <n n< n i i@ m FI ;in ?n;P n i9n n @ , mn; <n i I i ;nii i n n@ n ;m>; mF m< P. En <;< << >; < @ > in;i< n iin; i9n ;n@ n n; inini9n ; >< <>i i .
.
3.12.5 APARATOS COMPLEMENTARIOS ) Cn < < F n mi >n;< n ?I Pm> , ni9n n; <;< 2 >n;< mn9m;, < i > mi n mn@ i >i?ini, n iNm; in;i ?in 10 mm., ? i@ 8. En < F nin< n mn@ >n < < <>imi. ) En < <in< mi < ;mi< i< <n mn;ni< n < mi n T n n <i > ;m >
)8") MEDIDA DE SECCION JS EN VÍAS SUBT ERR!NEAS
L >im >i9n < im>n < @i n >: < n < @ >nim; n < iP n <>ii.
)8").4 SIMPLES
FIGURAS
GEOMTRICAS
Ciertas secciones pueden ser determinadas por un c2lculosimple , a partir de medidas de longitud mu& poco
numerosas. $s el caso, por ejemplo de las secciones
LEVANTAMIENTOS EN COORDENADAS CARTESIANAS 4; ;ilos a plomo & etremos %% & , ver la Fig . 9 8; Otra solución consiste en marcar el contorno de la g alera por la medida de ordenadas
Fig. "0 COO$%% C%D$I%% CO$M$ O+IC@O
e !ija un clavo en la mitad de su base, el cual sirve de punto !ijo a un e>tremo de una cinta de medida, el otro e>tremo puede recorrer el contorno de la sección curva área se est2 midiendo8 e anotan sobre el cartón varas direcciones dadas por la cinta & se mide la d is ta nc ia P r, correspondiente8 d1 @na variante permite el empleo de un aparato simple, ver la !igur a "' del sistema anterior. +a cinta P es reempla=ada por una regla e>tensi ble graduada en valores de r & cu&as di!erentes posiciones de medición son marcadas con un mismo 2ngulo a . *er la ! ig u r a "', en ella se tiene
$ntonces se tendra
= %$senα = rp senα
$P
Area del triangulo %$P
r * r senα
=
p
p
=
2 %" * Q" Area del triangulo %"Q = 2 Q" = %Qsenα = rq senα %"
p
q q = r * r senα =
2
senα
2
≈ %Q ≈ rq
Area del triangulo %"Q
2
r
r
2 q
2
senα
Como el 2rea de P? esta comprendida entre estos dos t r i2 n gulos se podra d ec ir imada, su área sera igual al promedio de estas dos 2reas, es decir: Area
= =
de
=
%QP
Area de ∆%$P
+ Area de ∆%Q" 2
2 1 rp senα rq 2 senα * + 2 2 2
senα 2
rp + rq 2
*
2
2
senα r
r
2
Area de toda la sec cion =
="
0
2
2
2
2
...r + r1 + ...rp + rq + 2
2
n −1
+
2
n
2
Como en esta !órmula aparecen todos los términos de r al cuadrado se podra !abricar una regla con ' graduaciones /> ) . $jemplo: o el valor de r p es de 0.9( m en la regla aparecer2 el valor de r p como 08#", o sea /> ') .
CAPITULO IV 48( SISTEMAS DE VENTILACION Cualplotación sobre la ventilación. 48" VENTILACIÓN EN BUCLE DIAG0NAL: desde el punto de vi sta de la ven til aci ón general 6a& m inas plotaciones se escalona entre s.
esde el punto de vista de las secciones de ventilación , se dice plotaciones & es DIAGONAL cuando por el contrario, el circuito de ve ntilación sigue un recorrido cu&o tra=ado se opone al del bucle & en donde el a ire sale generalmente en una dirección contraria a la de su entrada8 Cada uno de estos sistemas presenta ventajas e inconvenientes , plotar.
Fig "58. $ntradas & alidas de ventilación al tec6o de los mantos ", '
+a !igura "5 combinaciones ", ', ) y nos muestran las varas posiciones de las entradas &s a li d a s de ven til ac ión en bucle & otras para la d i a g o n a l . +as disposiciones ) & 4 son buenas &a plotación no daJan las salidas de aire cuando se e>plotan los mantos de tec6o a piso , plo taci ón del manto del tec6o a!ecta las sal ida s de aire lo
4.3 VENTILACIÓN ASCENDENTE DESCENDENTE +a ventilación principal o primaria mas apropiada en las minas del mundo es la %C$$D$ . Ciertos autores 6an e!ectuado comparaciones entre los dos sistemas: %C$$D$ & $C$$D$A varios de ellos 6an e m i t i do el concepto de plotado1 est2n e>entas de depósitos pulverulentos & no necesitan ninguna neutrali=ación de éstosA el aire plotación est2n menos empolvados , porplotación 6a secado !recuentemente las vas plotaciones superiores $s menos caliente, poridación del carbón, adem2s la ma&or parte de maplotación & de transporte, como locomotoras iesel se encuentran en la s a li d a del aire, & el calor proveniente de la disipación de energa proveniente de estas m2plotación. 8. +a transmisión de calor entre el aire & los productos
las condiciones de cuando no tengan car2cter imperativo en!rente a la sección de las vas /en ra=ón del volumen de aire a sumini strar1 . Cuando las condiciones de la va del piso superior /sobregua1 son de sección m2s pe
tipo de ventilación las vas de sa li d a p or el calentamiento del aire & el aire adicionado por: aire comprimido, el gr is0 , vapor de agua, gas carbónico & otros gases, deben asegurar un caudal de aire m2s grande en la % + I % istente entre la galera & sobregua es opuesto & cualplicación del por
$,()-,l:
ean: pa E presión atmos!érica en la entrada /E1 & salida /S1 pe E presión en el po=o de entrada ps E presión en el !ondo del po=o de salida e E resistencia del po=o de entrada resistenciade dellos po=o de salida s" EEresistencia trabajos comprendidos desde E 6asta S ;e E pro!undidad del po=o de entrada con signo positivo ;s E pro!undidad del po=o de salida con signo positivo medido de SY a S ω e E peso espec!ico del aire en el po=o de entrada /E1 ωsE peso espec!ico del aire en el po=o de salida / S1
+a presión observada en el po=o de entrada ser2: pe = pa + ωe (e + − 'e" 2 (1+) +a presión observada en el !ondo del po=o de salida es igual a: p s = pa + ωs (s + 's " 2 (20)
ωe + ωs
$n el tramo $, tramo interno de la mina , si se admite un peso espec!ico promedio
2
tendremos:
p
(( −p = −(
)*
ωe + ωs
(21)
+'
2
e
s
e
"
s
q
2
estando la ecuación /'(1 de la /"91 se tiene
p e − ps = ωs (s − 's " (22) i restamos la ecuación /''1 de la /'"1 se obtiene:
0= ((
−(
)*
ωe + ωs
s
q
2
O sea
ω( −ω( − e
e
s
s
e
e
s
s
ωe ( e ωs ( e ωe ( s + ωs ( s = "2 * ( ' + ' + ' ) − + 2
2
2
e
2
s
q
+ 's + 'q = ' $s igual a la resistencia de todo el circuito
O sea
'e
+ 's + 'q = '
ωe ( e ωs ( s ωs (e ωe ( e − − + = '" 2
e donde:
2
(e
(ω − ω ) + ( s (ω 2 e s 2
L,
(23)
( e
'e
+ω(
2
+'" −ω
(ω − ω ) *
2
2
− ω ) = '"2 e
((e + ( s )
2
(24)
(25)
s
(26)
= '"2 =
h e
s
2
n
iendo 6 la presión debida a la ventilación natural & si ;, es la pro!undidad media de los trabajos , o sea
= ( * (ωe − ωs ) 8 ∆ω hn
hn
=(
9+;
Por la ecuación de estado en
ω
=−
T
i
∆ω = ωe − ωs & reempla=ando este valor en la ecuación /'51, entonces tendremos:
h
=ω*(* ∆T
n
J8
T
$n donde ∆T es la di!erencia de temperatura entre el po=o de entrada & el po=o de salida . ) Para D E '7)UC & N E ".) Bg8 m 1.3* ( * ∆T = 0.476( * /)01 =− ' /g8m o mm columna de agua1 hn ∆T 2 Dabulando la ecuación anterior, para di!erentes valores de ; & ∆D la depresión o presión natural sera: TABLA ? h$ +,-, )$ ω 4.5 Z2.. /metros1 ; '(( 5(( ".000
∆T /UC1 5UC 4.7 mm C8%. "".90 ').#0
"(UC 9.5'
"5UC "4.'#
'(UC "9.04
'5UC ').#0
)(UC '#.5-
').#0 47.-0
)5.70 7".40
47.-0 95.'0
59.50 ""9.'0
7".40 "4'.#0
TABLA h$ +,-, )$ ω 0.?> 5 Z2.. ;/metros1
∆T /UC1, para el caso de minas de %ceras "UC
)UC
4UC
5UC
-UC
7UC
#UC
'UC 0.'
0.'
0.)
0.4
0.5
0.-
0.-
". " ". 7 '. '
". ) ". 9 '. 5
'5
0."0mm C.%
5( 75 "((
0.'
0.)
0.5
0.-
0.#
0.9
0.'
0.5
0.7
0.9
0.)
0.-
0.9
". )
". ' ". -
". 4 ". 9
+as tablas anteriores nos sirven para concluir iste una superposición de los e!ectos de la
p
= p −(
+ ωs ( p
a
−p
+ 's " s2
v
= ((
s
q
2 p
= p + ( + ω ( + ' "2 + ((
−( )* "
e
(
= pa + ωe
(21)
+'
2
es
(21) + (20 )) :
pe
ωe + ωs
−( )* "
e
(20 ))
s
av
s
s
s
ωe + ωs
+'
(27)
2
es
2
q
2
+ 'e " ( +(s −ω ) e + "2 ( ' + + ' ) (27) − (1+) : 0 = − (ω ' −( v e s e
( + ( (ω − ω ) = '" hv
2
2 (28)
=( + v
e
q
s
n
?ue era lo plotación adoptado tiene marcada in!luencia sobre el valor & resultado de la ventilación ob. tenida en los !rentes de e>plotaciónA él condiciona en cierta manera la ventilación , en una cierta cantidadA lo mismo plotación, la d i l u c i ó n del gr is 0 & el desarrollo de incendios en la m i n a . 4.5." CONDUCCION DEL AIRE A LOS FRENTES DE EXPLOTACIÓN +os métodos de arranplotación , 6abida cuenta plotación no son arti!icialmente llenados . +a e>periencia ad. plotación no son bien rellenados . +os métodos de relleno 6 i d r 2 u l i c o & neum2tico, son métodos e>celentes desde el punto de vista de la conducción del aire a los !rentes de e>plotación, porplotación pueden i n ! l u i r en la conducción del aire , seg0n los puntos de vis ta si. guientes: a) Perm itir m2s o menos elasticidad en el re!uer=o de las vas & el mantenimiento de éstas a una sección conveniente. Cualplotada se encuentra entre ellas, las !ugas de aire pueden producirse de la una 6acia la otra, 2 través de esta =ona, sin v e n t i l a r los !rentes. esde un doble punto de vi st a se pueden !ormular las sigu iente s Indicaciones generales:
LA SUPERPOSICIÓN 485.' SIMULT!NEAS
DE
EXPLOTACIONES
, !uertes presiones & movimientos de terrenos perjudiciales Crea particularmente en la e>plotación superior a las vas de c ir c u la c ió n de aire A de 6ec6o esta s it u a ción es des!avorable a la ventilación.
4,58!"1 +a progresión del avance o retroceso de las e>plotaciones !rente a las vas de entrada & s a l i d a del aire tiene igualmente cierta importancia. Pueden presentarse les 4 primeros casos p r i n c i p a l e s : 485.'8' Ve$(#l,%#&$ e$ [U\ e$ ,*,$%e : $ste tipo de e>plotación es des!avorable por los mantenimientos de las vas, &a plotación8 Igualmente es des!avorable por las !ugas, &a plotado se encuentra locali=ado entre las vas de entrada & salida8
&i@. 18
4.5.'.) Ve$(#l,%#&$ e$ 0 e$ ,*,$%e: $ste esplotación es !avorable a una disminución de !ugas es el intermedio desde el punto de vista delmantenimiento de las vas.
Fig8 "9 9;@;8;9 Ve$(#l,%#&$ e$ U e$ -e2-eso: $ste tipo de e>plotación es también !avorable al control de las !ugas de aire como también al sostenimiento de las vas .
Fig8'0
9;@.8;@ Ve$(#l,%#&$ 0 e$ -e2-eso $ste esplotación como el es O(-os adem2s de estos sistemas e>isten los siguiente, los cuales se dejan a la imaginación, an2lisis & consideración del lector8 .
9;>; MOVIMI ENTO DEL AIRE CON PESO ESPECIFICO CONSTANTE : Cuando el peso espec!ico se supone constante , las resistencias normales n son proporcionales a las resistencias e. $ntonces: $n donde n es la resistencia de la va en condicio /tE"5C &ne ) & p E 7- 0 mm ;g81 ωo es el =,o Rs "normales nea pesoen , o' .'' est2n especi!ico a estas condiciones - Bg8 m & ω es el peso del aire la va idel considerada8 losaire elementos de un circuit os de ventilación caracteri=ados por espec!ico su & resistencia espec!ica, se comen=ar2 por cal cu la r sus resisten cias normales . e designar2 a sin subndiceA los !lujos normales se designar2n igualmente, por ? sin subndice, con el objeto de 6acer m2s si m p le la escritura . $n un tramo de va cu a l< u ie r movimiento estar2 regido por:
+ ωV 2 +
p -!
1
1
2g
=
8. '
p
1
p
+
2
2
+ ω2V2g + ω &2 = $Q
+ ωV 2 + ω &
−'
1
9;
&
ω
2g
= $Q2
2
∆' = $Q2
ótese presión de \, las variaciones del término de las velocidades son generalmente muc6o menos importantes presión apro>imada de la carga. \ E p Z NK /'91 $sta magnitud com0nmente se conoce con el nombre de P$I $@CI% & representa la presión real luego de 6acer la corrección por altura8 9;>;4
ELEMENTOS EN SERIE
;aciendo la consideración de un circuito constituido de varios tramos o m2s de resistencia ", '..... n
dispuestos en serie, & en consecuencia recorridos por el mismo !lujo ?8 ea '1, '2 , '3............'n el valor de la carga en las e>tremidades de cada elemento di!erente: '1 − '2 = $1Q2 (30)
− '3 = $2Q2 (31) e donde: ' − ' = ($ + $ + $ ........ + $ )Q2 1 n 1 2 3 n '2
(32)
+a resistencia total del circuito est2 de!inida por:
'1
− 'n =
2
$t Q
(33)
L la resistencia del circuito es entonces igual a:
$t $n
= $1 + $2 + ...... +
(34)
+o mismo
ELEMENTOS EN PARALELO:
48-8'
ispongamos varios elementos de resistencias ", ' ...n, en paralelo . ean ? 1 , ? 2 ? n los !lujos
= (2
Q2
1
2
'1
− '2
(36)
.....................
Q = Q1 Qn
'1
−
'2
= (t
(t
= (1 + (2 + ... + (n
$t
=
1
$1
+
1 $2
'1
− '2
(37)
*
(38)
Q
1
= ((1 + (2 + ... + (n )
+ Q2 + ...Qn −1 +
(39)
+ ... +
1
(40)
$n
eg0n lo anterior, entonces , el temperamento total del circuito D de!inido por :
Q
= (1
'1
−
'
2
(3+)
L siendo igual a: Dt ED /401
1
ZD
2
Z8 ZD
n
EL TEMPERAMENTO DE VARIOS ELEMENTOS EN PARALELO , ES IGUAL A LA SUMA DE LOS TEMPERAMENTOS DE TODOS LOS ELEMENTOS. $ste resultado es an2logo al de los circuitos eléctricos , en donde la conductancia de varios elementos en paralelo es igual a la suma de las conductancias de los elementos8 Pero es necesario tener en cuenta
4.6.3 PERDIDA DE CARGA EN UN NUDO
%l 6ablar de los elementos en pa ra le lo , 6emos dic6o
' 0 (c arg a en el nudo) 2 ' = ' −r l Q 1
'
2
0
=
'
0
=
'
− rlQ2
111
− r222 l Q
2
r, r 1 ,r 2 son las re s istencias de los tramos l, l' &"' por unidad de l o n g i t u d 48-.4. PERDIDA DE CARGA ENTRE DOS NUDOS , p ér d id a dede Considerando carga de sección casos !recuentes en las uniones en paralelo noslaabstendremos a p lpor i c acambios r las !ormulas /)#1 &o dirección /4(1 i consideramos el c i r c u i t o en paralelo , ! igura !$
F I 3 '5
L admitiendo
∆'1' = $1 Q12 ∆'2'' = $2''Q22 '
)e manera ana log a en el otro nudo se tiene que :
∆'1'' = $1''Q12 ∆'2'' = $2''Q22 '
''
'
iendo $1 , $1 , $2 , * '' $
2
las resistencias locales por camb i o d e dirección & sección, las
las con!iguraciones e tendra entonces:geométricas de los nudos8 1. ' ''
'
− ' = ($' + $ + $'' ) * Q2 en serie para lavia1
' 2. ''
'
−
1
'
'
1 ''
= ($ + $ + $ 2
($
1
'
2
1 2
) * Q en serie para lavia 2
2
2
+ $ + $'' ) * ($' + + $'' ) es tan en paralelo
1 1 $ 1 2 2 2 +a resistencia total del circuito t estar2 dada por: 1 1 1 = + 2 2 2 $t $ +$ +$ $1 + $1 + $1 '
''
'
''
+as ecuaciones empleadas anteriormente para las pérdidas de carga est2n indicadas para galeras 0nicas o aisladasA en el caso imadas, &a perimentación. 48-85. RED DE VENTILACIÓN CON UNA ENTRADA UNA SALIDA +a !igura '- es una red de ventilación constituida por un n0mero cual
FIG 8> RED DE VENTILACIÓN CON UNA ENTRADA UNA SALIDA .
$s el caso de una mina provista de una sola entrada & una salida de aire . Puede ser igualmente, el caso de una sección de ventilación o de un conjunto de secciones . ea \ & \ la carga a la entrada & a la salida, respectivamente & ? el !lujo total
∆ \ debiendo tener el mismo signo
Σει ?i E 0 (43)
e, siendo igual a Z" para las vas donde el sentido positivo se dirige 6acia el nudo /ENTRADA1 é igual a -" en el caso contrario /SALIDA 18 $n las e>tremidades de la red se tiene: Q = ΣQi (44) , la suma de '81 i usted se despla=a de laentrada a la salida de la red siguiendo unconjunto devas contiguas ' '' pérdidas de carga en cada una de las vas es iguala la pérdida de carga total: ' − ' . e tiene entonces: ' ' − ' = Σε i ∆'i (45) ''
iendoε iguala Z", si el sentidode recorridoa lo largo del tramo deva coincide con su sentido positivo é igual a -" en el caso contrario . i uno se despla=a a lo largo de una malla, es decir 6aciendo un circuito cerrado, constituido por vas contiguas, la suma de las pérdidas de carga de todas las vas es igual a cero8
e tiene entonces:
Σε i 'i = 0 (46) teniendo en cuenta la misma de!inición anterior. Deniendo encuenta las ecuaciones /4'1, /451 & /4-1 se obtendr2:
'
'
− ' '' = Σε i $i
Qi
(45A)
Qi
∴ Σε i $ i
Qi Qi
= 0 (46 A)
, para las cuales uno escribe las relaciones /451 & /4-1, es ;aciendo una elección conveniente de las mallas
entonces, posible contar con un sistema de ecuaciones
la repartición de la corriente en una red eléc tri ca , pero a
e puede notar presa en !unción de las resistencias de las di!erentes vas.
− ' '' , por una relación de la
48-.(" CONE=IÓN DE UN VENTILADOR A UNA RED SIMPLE CON UNA ENTRADA Y UNA SALIDA upongamos un circuito de ventilación constituido como en el par2gra!o anterio r , por una red simple, la cual se comunica con la atmós!era por dos ori!iciosA @% $D%% L @% %+I%, se dispone un ven til ado r en una de las e>tremidades , por ejemplo a la entrada, !ig. '7. $l ve n t i la d o r tiene por e!ecto elevar la presión de la corriente de aire
ωV
2
2g o puede ser despreciable s las secciones de entrada & s a l i d a del vent ilador son bastante di!erentes. $n el caso donde estas dos secciones son iguales , la Y%+D@%Y %$DO$DIC% del ventilador se reduce a la variación de presión o de depresión del ventiladorA por esto es por lo imación sólo es v2 lid a , cuando la entrada & s a li d a del ventilador tienen poca di!erencia de sección. Para un ventilador dado, girando a una velocidad dada & atravesado por un gas de peso espec!ico dado, la alt ur a manométrica ; es una !unción del !lujo del gas ? , lo
F3 '7 $ $ *$DI+%CI CO @% $D%% L @% %. +I% L *$DI+%O % +% $D%% ''
i ' es la carga a la s a l i d a de la red. e tiene entonces: '
'
− ' '' = $Q2
'
=
(48)
* '
'
= # (Q) (49)
i \ E \, lo imación se tiene: 2 # (Q) = $Q (50)
?. se determinara tra=ando sobre un mismo gr2!ico /; , ?, M1 la curva caracterstica del v e n t i l a d o r ; ' E ! /?} & la curva p a r a b ó l i c a ; E ?
48-.78 RED CON VARIAS ENTRADAS VARIAS SALIDAS: ea el caso de una red de ventilación , la cual se comunica con la atmós!era por varios o r i ! i c i o s , los unos sir viendo de entrada dela i r e & los otros de s a l i d a /etorno del ai re1 , ver la Fig8, '98
e puede todava d e ! i n i r una Yresistencia e
la carga ' '' ' est2 repartida en todos loso r i ! i c i o s de s a lida . $n este caso el !lujo
4.6.8. RED CUAL#UIERA:
;agamos consideración de un circuito m2s general. upongamos
i se conoce la curva caracterstica de dada uno de los ventiladores & la resistencia de cada tramo del circuito, es posible de determinar la repartición de la corriente de aire, es decir el !lujo en cada uno de estos tramos, planteando las ecuaciones siguientes: 4 LAS ECUACIONES DE LOS NUDOS , a p licac ió n primera de Birc6o!!, presa la conservación del !lujo en cada nudo 8} LAS ECUACIONES DE LAS MALLAS , a p li c a c ió n de la segunda le& de Birc6o!!
∆' = $Q2
(52)
9 $n las vas provistas de un ve nt ila do r cu&a caracterstica sea ; E ! /?.1 /%% %CDI*%1 se cumple la relación: ∆' = $Q2 − # (Q) (53) +as ecuaciones anteriores e>igen la elección conveniente de nudos & m allas para las cuales es necesario esc r i b i r las ecuaciones de los nudos & de las mallas . i ellos son correctamente elegidos , el sistema de ecuaciones a
DX = R*Q |Q |
+uego del procesamiento del computador & entrega de resultados viene la evaluación del Ingeniero de inas,
del trabajo en la veracidad e interpretación de los datos
∆\ E ?'
Cada c u a d r i l l a debe tener un cu a dr iller o i l i a r de Ingeniero en su de!ecto8 $l grupo a1 puede estar c o n s t i t u i d o por ' 6ombres, cuadrillero & a&udante8 $l grupo b} se integra por dos 6ombres c u a d r i l l e r o & a&udante8 $l grupo c1 esta !ormado por ' 6ombres 62biles en la lectura de barómetrosA este grupo debe ser v i g i l a d o de cerca por el M$F$ $ 3@PO. 487."8"8 APARATOS +os aparatos . % , teniendo en cuenta su robuste=, p r e c is i ó n adecuada & su sensibilidad para las mediciones . Por el cont r ar io el m icrobarómetro es un aparato m2s complicado en la toma de lecturas & menos s e n c i l l o < u e e l a r o l u > . 487."8'8 LIBRETAS $l uso de libretas especiales permite 6acer la recolección de los datos de las mediciones en !orma cronoló. gica. Por otra parte es un documento travos de los datos &a tomados. a8 + ib re t a de anotacionespara 2reas: @na l i b r e t a para la medición de secciones de tramos de vas, debe contener las siguientes columnas: b1 +ibreta de anotaciones de: !lujosA $sta libreta debe contener, el n0mero de la va, punto in i c i a l & !inal, columnas , longitud de la va , velocidad, 2rea promedio, !lujo,ci !ra clave & de temperaturas para el primero & segundo punto
*elómetro +uga
nombre de la va. e acompaJa una distribución de losdatos necesarios en esta libreta, en el !ormato 05 %ne>o''. c1 +ibreta de anotaciones de presiones: +a libreta de presiones debe contener tantas columnas de punto de la medición 6ora & presión medida seg0n el tamaJo
P% % $ D % % + CO P@ D% O
487.".) Pl,$os Poseer un plano en el momento de las mediciones de una red de ventilación, !acilita la labor & aclara . Previamente a la labor de medición deben muc6as veces la situación & el ordenamiento de las medidas numerarse las vas & los puntos de empalme de dos o m2s vas /nudos1. +a numeración de las vas & nudos de empalme es libre de acuerdo a la numeración istan n0meros iguales para vas & nudos de empalme. olamente los nudos de super!icie, correspondientes a entradas de la red deben sernumerados con el n0mero H". e aconseja 6ace secuencia en la numeración de las vas /tramos1 & de los puntos de empalme /nudos1 por niveles, as8 v v v
ivel Patio: a.- *as: '0 a 99A b.- udos: " a 99 Primer nivel superior: *as: " 00 a "99A b.- udos: "00 a "99 egundo nivel superior: *as: '00 a '99A b8. udos: '00 a '99
L as sucesivamente8 +as vas plotación podr2n ser numeradas de " a "9. Con este tipo de numeración usted podr2 identi!icar r2pidamente en un listado a iones compuesto de nudos & vas con la numeración aplica m 2s adelante8 Dodo esto conduce a tener una visión de conjunto de la situación de la mina , para proponer cambios & soluciones al estado de la red, en un planeamiento !uturo8 Con base en lo anterior proponemos el siguiente conjunto de convenciones para el cone>iones,
Plano de
487."84 CONVENCIONE S PARA UN PLANO DE CONEXIONES % continuación le proponemos algunas convenciones iones. 0
+nea para el nivel patio 6asta "0 de inclinación: Primer nivel in!erior egundo nivel in!erior Dercer nivel in!erior Primer nivel in!erior "U nivel superior 'doU nivel superior )er nivel superior 3alera & transversales Po=os, bajadas, tambores & tajos de e>plotación irección la e>plotación *entiladorde Principal o adicional irección del aire !resco irección del aire viciado Puertas reguladoras de aire
4878".5. PROCESO DE LAS MEDICIONES: ediciones de secciones, & longitudes de vas ediciones de velocidades, temperaturas & caudales /c2lculo1 ediciones de presiones absolutas & di!erenciales
,; Med#%#o$es de se%%#o$es W lo$2#()des de *í,s : $n la determinación de secciones de las vas se pueden emplear los sistemas indicados anteriormente en los numerales )8") a ")8") .' los cuales 6acen necesario el planimetrado de la sección. Por ser esta labor bastante compleja & demorada se recomienda el siguiente sistema, ver !igura )'. $specialmente para aima altura del tec6o . +a !igura )' muestra "5 !actores de corrección para !ormas di!erentes de sección
8
:J. .#$ VJ..#$ 3 S J. $n cada punto de empalme de las vas en la mina se medir2n las temperaturas 60meda & seca por medio del psicrómetro8 $sta medición se recomienda 6acerla a - metros de cada empalme para conocer la 6umedad relativa de cada va8 $stos valores se anotar2n en la libreta o cartera de ediciones, como all se indica.
%; M'(odo del +,so +e-e2-#$o : escribimos este proceso para la medición de presiones entre lo diversos puntos de una red de ventilación de una mina, por ser el m2s com0nmente empleado en bajo tierra para este tipo de campaJas, en lugar del método de un solo barómetro ima medición a una misma 6ora, seg0n reloj & cronómetros . POSICIÓN AY Para di!erenciarla de la lectura % la llamaremos % a esta medición . $n esta medición se traslada el arómetro ', al pie, al mismo sitio donde est2 instalado el arómetro "8 Para ello se traslada el arómetro ' al punto de empalme donde se encuentra instalado el arómetro "8 %ll se 6ace una tercera medición, en este mismo punto, también simult2neamente a la misma 6ora8 +a posición % de la primera va /tramo1 de ventilación se convierte en posición % para la segunda va de ventilación . e esta manera, para la siguiente va de ventilación se traslada el arómetro " al tercer punto de empalme de la red, para luego pasar el arómetro ', a este punto de empalme & as sucesivamente8 +a campaJa o circuito de medición iniciado se termina en super!icie encadenando a la boca plicado anteriormente8 +as ventajas del sistema Hpaso peregrino sobre el método de un solo barómetro radica en lo siguiente: 4; $l empleo de dos barómetros, permite por la doble medición de cada punto, una ma&or pre)cisión de la medida. Por ello, es necesario reali=ar una corrección por tiempo a cada barómetro8 +a corrección por tiempo de las dos lecturas del barómetro ' sirve para ajustar la primera lectura del barómetro ", en el punto )8 e igual manera, la corrección de las dos lecturas del barómetro " en el punto )( nos permite ajustar la primera lectura del arómetro ', en este punto .. %s todas las mediciones en los di!erentes puntos son llevadas & correlacionadas a una misma 6ora8 $n el caso o )" !ig8 )) todas las mediciones entre los puntos ) & )( se llevan a las "5:)( 6oras . 8; Con las dos di!erencias de presiones absolutas de ambos aparatos se puede obtener un valor promedio deenlarelación di!erencia puntos, lo
%' – '
Posición %: ;ora:"4:55 Posición %: ;ora:"5:"0
para %O$DO ' o 4#
%O$DO " o8 54
%O$DO " o8 54
%O$DO ' o 4#
5'7.)( mm ;g.
5'-.4' mm ;g.
5'5.00 mm ;g.
Corrección 0
Corrección -0.5(
Corrección -0.5(
Corrección 0
5'5.95
5'-.#0
Corre 5'5.9- mm ;g.
5'-8# ( baróme tro o ": (."5
mm ;g
Z
barómet
5'5.9'
5'5.00
5'5.0 0
Z
ro o ':
P@DO
*%
0.(#
%" – mm ;g "
%O$DO ' o 4#
P@DO %O$DO " o8 54
0.95
5'5.#( mm ;g8
mm ;g8
Corrección 0
5'-.5( mm ;g8 Corrección -0.5(
5'5.#0
Posición : ;ora:"5:00
5'-.00
' – %' 0.7' mm ;g8
+as ventajas del sistema de Hpaso peregrino sobre el método de un solo barómetro se pueden reducir a las siguientes: 4 $l empleo de dos barómetros permite por la doble medición de cada punto una ma&or precisión de la medida. Por ello, es necesario reali=ar una corrección por tiempo de cada barómetro8 +a corrección por tiempo de las dos lecturas del arómetro ' sirve para ajustar la primera lectura del arómetro " en el punto )8 e igual manera, la corrección de las dos lecturas del arómetro " en el punto )( nos permite ajustar la primera lectura del barómetro ,'en este punto. %s todas las mediciones en di!erentes puntos son llevadas& correlacionadas a una misma 6ora. $n el caso o )", Fig8 )), todas las mediciones entre los puntos ) & )0 se llevan a las "5:)0 6oras. 8 Con las dos di!erencias de presiones absolutas deambos aparatos se puede obtenerun valor promedio de la di!erencia de presión entre estos puntos, lo
+arometro 1 : A1 +arometro 2 : +
− +1 − A2'
+as desventajas del sistema Xpaso peregrinoX respecto al método con un solo barómetro son las siguientes: 1. $l sistema de Hpaso peregrino emplea casi el doble de tiempo en relación al método de un solo barómetroA &a ige un ma&or cuidado de los operarios en la te ma de lecturas, 6abida cuenta de
sistema aludido e>ige de 6ec6o elauso dos6emos barómetros durante la. campaJa deanotar medición contra uno $l ige método
4878' BALANCEO C ORR ECC IO NE DE S LAS MEDICIONES EN UNA RED DE VENTILACIÓN . alanceo de los !lujos: +os !lujos obtenidos & calculados en la l i b r e t a de anotaciones de !lujos !ormato 05 %$\O '"8. FO% (5 +%CO %DO *I% se pasan al plano de.cone>iones /nudo & vas - blanco & : negro1. Como al computador 6a&
$l !lujo deA ventiladorp r i n c i p a l debe tenerse a partir de mediciones manométricasA sistema de canal , a base de mediciones de presión din2mica con el tubo Pitot, mangueras, milmetro o manómetro, tal como se e>plica en )8"'8".4,en 7.- & 7.-."8 $n el siguiente ejemplo de una red de ventilación cualplica gr2!icamente este balanceo. $n verde aparece el !lujo de a ir e
la ma&ora de nudos no se cumple la primera le& de Brc6o!!, +os !lujos en rojo dan el balanceo de los !lujos en la redA estas se ajustaron , repartiendo la di!erencia proporcionalmente a los valores del anemómetro. +os valores ajustadosen rojo, se pasar2n luego a las tarjetas clase "4 junto con los valores de presión corregidos. +as mediciones delas vas
ONICIES DE P RE SIÓ N R ES UL: TA DO S 487.'8" C O RRE C COI N E S A L A S M E D +os datos obtenidos en la libreta.de anotaciones de presiones !ormato04 %$ \ O '".- F O %05 + % C O % D O *I% se pasan a la 6oja %$\O )".- FO % D O P%% C%+C@+O L C O $C C IO $ $ $ ICI O $ $ P$ IO C O $ M $ P + O $ %$ O de presión, junto con los valores paraM correcciones de temperatura de la libreta dé !lujos %ne>o '0 & los valores de !lujo balanceados en el plano de cone>iones. , algunas columnas, con los datos re!erenciados anteriormente & se 6acen las correcciones & e llenande asacuerdo c2lculos a las e>plicaciones del %$\O )"- FO % D O P% % C%+C@+O L C O $C C IO $ $
$ICIO $ $ P$ IO C O $ M $ P + O $ %$ O paraM correcciones de presiones absolutas& c2lculo
de di!erencia de cada vade ventilación de la mina.
$ n e l %$ \ O )" 8. FO % DO P%% C%+ C @+O L C O $C C IO $ $ O$ $ICI$ P$ I O C O $ M $ P + O $ %$aparece MO un ejemplo de corrección de presiones absolutas & c2lculo de di!erencia de
presiones absolutas & c2lculo entre los puntos ) & 0 ) de la va ) de la mina amac2. Dambién se calculó el
valor "00 de esta va, sabiendo
48#8" CONCEPTOS : +as nociones 6asta a6ora vistas nos permiten resolver los siguientes problemas
Para ello vamos a representar una mina, como aparece en la !igura anterior8 $l punto " representa los nudos de la mina ubicados en super!icie8 +a va " & 4 representan t0neles de $D%% & %+I% del aire8 +as secciones " & ' esplotación del mineral plota la mina, los cuales designaremos como vas "0 & "" respectivamente8 +as vas ' & ) representan vas de acceso a las secciones de e>plotación ,
1. eterminar la depresión ∆; total de la mina 2. %veriguar la potencia de ventilación para los caudales ige conocer la presión de cada sección seg0n los caudales mnimos
=
"eccion 2 (via 11) : H
=$ Q 11
11
* 20
11
2
= 16 mm
col H O
1000
2
+a consideración anterior nos 6ace concluir igente por gastar la ma&or presión. $ntonces para
∆H10 = ∆H11
$s necesario
$10Q 10 Q
2
2
= ∆H 11 ∆H 16 = 1.600 = = 10 11
10
$10
1000 Q10
= 40m3s
$l !lujo total
Qtotal
= Q10 + Q11 =
40
+ 20 = 60
3
m /s
Como las secciones " & ' est2n en paralelo, su resistencia e
1
1
=
$e $e
= 15
1
+
10 1000
40 1000
1
= 225 = 0.00444 ,b
+a resistencia total de la mina ser2 igual a: +$ +$ = $ =$ +$ +$ total min a
$total min
1
a
2
e
3
4
3 1000
+
7
1000
+ 0.00444 +
8 1000
+
2 1000
=
0.02444 ,b
+a depresión total de la mina ser2: ∆Htotal min a = $total min a * Q2total min a
= 0.02444
* 602
= 87.9888 = 88
mm col H2O
+a potencia 0til para 6acer circular el caudal anterior ser2: Qtotal min a * Htotal min a 60 * 88 P = = = 51.76 aprox. = 52 !ilovatios 102 102 +a abertura e
:40 90 .5s W :44 80 .5s. 5
]:)' de1e h,%e-se +,-, s,(#s",%e- )$, $)e*, W .,Wo- e3#2e$%#, de ,#-e %o$ )$ %,)d,l de 89 . s; 5 e$ l, se%%#&$ 8/ *í, 44 , e$ l)2,- de 8< . s; %o.o se ,$,l#^& e$ el +-o1le., ,$(e-#o- $l planteamiento de este problema para una nueva tarea de ventilación , igan un ventilador de ## mm col de agua . +
educir la resistencia de los circuitos colectores: O sean, las vas por donde entra & sale el aire antes de entrar a las secciones de e>plotación & después de salir de ellas . +
%umentar la resistencia de la sección ", en la va "0: $s decir colocando reguladores de aire para aumentar la resistencia de esta va +
isminuir la resistencia en la va problema, sección ', va "" . es decir ampliando la sección de esta va8 +
+ Instalar
un ventilador adicional en la va problema, sección '
$stas cinco soluciones, 6acen
o sea que :
=$
2
$ *Q 10
Q
10
2 10
=
Q total min a
∆H
11
2.304
11
= 48 m3 / s
3 /s = 48 + 24 = 72m 2 *Q = 0.02444 * 722 = 126.70mm col. de H O =$
total min a
=
2
40 2 = 2.304 * 24 10
∴ Q10 =
P
*Q
total min a
total min a
Qtotal min a * ∆Htotal min a
2
= 89.44 = 90 !ilovatios
102 )
Con respecto al problema ", la mina estara ventilada por un !lujo de 7' m s. $sto
∆H3− 4 =
40
2
1.000
* 24
= 23.04 mm
col de H2O
$ntonces, la di!erencia entre: ## – ')8 04 E -4.9- mm col de agua, sera la depresión de los dos /'1 ) colectores de $D%% & de %+I%, los cuales estaran recorridos por un caudal de 7' m s. Para ello, es necesario
$colectores =
∆Hcolectores 2
(72)
=
64.96 5.184
= 0.01253 ,eisbach )
O sea
$ colectores actual
=
3 1.000
+
7
1.000
+
8 1.000
+
2
1.000
=
20
= 0.02000 ,b
1.000 )
$ntonces, se in!iere
$ste procedimiento, a menudo es utili=able aumentando la sección de los t0neles colectores , dic6o en el argot minero Hensanc6ando la vas. Dambién, se sugiere como segunda opción revestir estos t0neles con un material liso e incombustible,
madera8 $l inconveniente de la primera opción radica en el tiempo
O sea que :
= 0.02 * Q
64.96 2
=
min
a
Qmin a
∴Q Q
10
min
64.96 0.02
2 a
= 3.248
= 3.2480 = 56.99m3 / s ≈ 57m3 / s
=Q
min
a
− Q11 = 57 − 24 = 33m3 / s
$ste 0ltimo caudal por la va " 0 es su!iciente & es superior al mnimo necesario , e>igido en el problema ". +a resistencia de la va "( sera entonces: 40 2 = 23.04mm col de H2O ∆H11 = * 24 1.000
23.04 $
=
= $10 * Q210
23.04 3 33
= 0.02116 ,b
$s decir,
De+-es#&$ (o(,l .#$, De+-es#&$ %#-%)#(os %ole%(o-es De+-es#&$ se%%#&$ 4 e$(-e $)dos 5 -9 O sea
= 0.02 * Q2 + 0.01 * (Q − 24)2 ∴ 3Q2 − 48Q − 8.224 = 0 2 48 − 4 * 3 * 8.224 48 ± 317.79 −(−48) ± Q= = = 60.97 ≈ 61m3 / s 88
3
*
2
6
$n esta solución 6emos escogido un resultado positivo de H?, desec6ando un valor negativo
Por la sección ", va "(, pasar2 un caudal de . -" – '4 E )7 m s, lo
∆H10 =
$10 * Q10
2
= 0.01 * 372 = 13.69
mm col. de H2O
iendo la presión entre los punto ) & 4 ") .-9 mm col. de agua, tendremos una resistencia de la sección ' e
∆H
= $x * Q211 13.69 = $x * 242 3− 4
∴$ =
13.69 2 24
= 0.02377 ,b )
e conclu&e, entonces,
resistencia inicial de esta sección en: 084( – 0.0')77 E 0.0"-') Gb8 o en "-8') mGb8 ?uinta solución: INSTALAR UN VENTILADOR ADICIONAL EN LA VÍA PROBLEMA , SECCIÓN 8 +a solución anterior nos 6a conducido a una depresión para la secciones " & ', entre los puntos ' & 4 de ").-9 mm col de agua, en lugar de "- mm . Igual resultado podra ser obtenido colocando en la sección ' un ventilador adicional . +a colocación de un ventilador en estas condiciones tendra el mismo e!ecto de provocar una reducción aparente de la resistencia en la va "" donde se instalara tal ventilador8 Con base en este planteamiento, matem2ticamente se tienen las siguientes ecuaciones: 2
$10 * Q 10
= $11 * Q2requerido − ∆Hventilador a dicional
0.
2
2
01 * 37 = 0.04 * 24 − ventilador adicional ∴ ∆Hventilador adicional = 23.04 − 13.69 = 9.35 mm col. de H2O )
Instalando un ventilador
lo
+o anterior implica un ma&or gasto de energa. $l ingeniero responsable de estos c2lculos debe evaluar esta situación desde el punto de vista de los costos8 P R OGR A MA 48#8) VENTILACIÓN:
DE
I P A R A R E D E S T RID IM E N S IO N A L E S 48#8)8" DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA DE V EN TIL AÓCN CON :UE CUENTA ACERÍAS PA0 DEL RÍO HISTORIA : %ceras Pa= del o, en "974 contaba con un programa para c2lculos de !lujos de ventilación adimaciones sucesivas de ;ard& . Cross, en el
=0
ε E Z" en caso de
4 . # 8)8' . " ECUACIÓN O LE DE LAS MALLAS : +a suma algébricade las pérdidasde carga o cadasde presión a lo largo de una malla cerrada es igual a cero
Σε i ∆' i = 0 εi E Z" si el sentidode recorrido a lo largo de la va YiY coincide con el sentido dado a la malla. εi E -" en el caso contrario.
9;?;5;8.8. ECUACIÓN CARACT ERÍSTICA DE CADA VÍA +a cual puede ser de tres !ormas: a1 R,.,s +,s#*,s: $n las
Qi Qi ∆'i = $i,%(#*,s b1R,.,s : O sean a
ventilación, vas donde 6a&a instalado una locomotora trolle&.
+a resistencia de estas ramas, isten, entonces p." ecuaciones istir2n, entonces, V - J+ - 4 ramales o vas independientes. $ntre las di!erentesm a ll a s
)onde :
= numero total de malla s in dependientes = numero total de vias en la red p = (otal de nudos o puntos de empalme incluido
m V
el punto 1 de s
per!icie $ntre las di!erentes bases de m a l l a de una red pueden 6allarse algunas iste un conjunto Hm ramales o vas, tales
V
V
'
: resistencias de vias de caudal requerido o impuesto
: perdida de carg a en las vias
$n estas ecuaciones tiene solución . Para e>plicar lo
81
$ntonces m E --4 Z " E ) mallas independientes & la red es dé orden ). Para construir una base de m a ll a s
Σ$ Q i
+ 2 ε Σ$ Q + ε 2 Σ$ = 0 i
i '
i
i
espreciando e !rente a los dem2s términos por su valor tan pe
ε=−
Σ$i Qi Qi 2Σ$i Qi
e 6ace lo mismo para las otras m allas , observ2ndose al !inal
48#84 DATOS DE ENTRADA : Cl,ses de "o-.,(o: +os datos de entradas de la red al computador se reali=an con las siguientes clases de !ormatos: D"", D"', D")A D"4, D"5, D"-, D"7. 48#.48" EMPLEO FORMATO CL ASE 44 J DATOS PREL!"ARES: %$\O '( %DO $ M $ P+ @ O $ IC O $ @ % I % P % $ % O +$*$$ + C OP @D % O Para el primer c2lculo de una red
105
$n las columnas '' a '# del !ormato "" e>iste la p os ib ilid a d de pedir por una parte la impresión de ciertos c2lculos internos & de acelerar eq curso del programa por medio de la indicación de algunos !actores. +as columnas '9 & )4 no tienen en la actualidad ning0 n signi!icado & est2n por lo tanto , disponibles para !uturas modi!icaciones del programa8 e las columnas )5 a #( debe caber , en este espacio , el te>to o ttulo
106
EMPLEO D E L F O R M A T O 4 8 J V E N T I L A D O R E S , 48#.48' A N EX O 8< Para cada ventilador se indica su lnea de operación. $sta lnea de operación puede ser8 a) Independiente de ?A es decir, cuando se ndica so lamente un valor de p E p", el cual rige para todos los valores de ? a presión constante8 b) e!inida por ' 6asta - pares de puntos p " 6asta p- & ?" 6asta ?-. Para ello se reistir también la p osibilidad de elim inar los ventiladores e>istentes en la red, para un c2lculo. $n tal caso se deben 6acer todas las indicacion es 6asta la columna '' para poder encontrar el ventilador respectivo en el almacén del disco8 Para e l i m i n a r en vent i l a d o r de la red se debe 6acer una anotación en la casilla p" consistente en ."8
9 ? 9 5 FORMATO CLASE 45 J TRA!OS POR EL!"AR A N E X O 80 olamente se u t i l i = a n tarjetas de la clase ") cuando se recurre a una red
.
.
. . . VIAS
4 # 4 4
FORMATO CLASE -. 9TRAMOS;
ANE=O + +: DATOS DE
Con las tarjetas de la clase "4 se entra toda la red, o si ésta &a e>iste en el disco se entran datos complementarios re
? son insu!icientes . @n tramo se determina con p & ? o con . e) Demperaturas
9 ? 9 @ FORMATO CLASE 4@JTRA!OS #A$DALES PREDETER!"ADOS ANEXO .
.
.
8e9 d i s t i n g u e n 4 grupos para las planeaciones: a) ? impuesto & p v ar i a bl e se encuentran en el mismo tramo %. b) ? impuesto *)r se encuentran en el mismo tramo %8 c) ? mpuesto est2 en el tramo % , pero p var en el tramo .
? impuesto est2 en el tramo %, pero pvar en el tramo Para cada tramo debe indicarse 0nicamente un caso de planeación. Para un ventilador no se permite m2s
48#.48- FORMATO CLASE 4> , A N E X O 8@: % veces no se desea la impresión de toda la red sino imos
48#858" ORDEN DE LOS FORMATOS : 4; Clase de tarjetas "" /tarjeta preliminar1 8; Clase de tarjetas 0) /cotas de pro!undidad o altura s8n.m1 5; Clase de tarjetas "' /datos sobre ventiladores1 9; Clase de tarjetas ") /tramos o vas por eliminar1 @; Clase de tarjetas "4 /datos de la red1 >; Clase de tarjetas "5 /planeaciones1 ; Formato clase "- /como tarjeta intermedia sin datos s siguen m2s !ormatos de la clase "-1. ?; Formatos clase "- /impresión espec!ica de ventilación18 ; Formatos clase "7 /tarjetas !inal , si debe continuarse con un nuevo c2lculo1 48#8ENTREGA DE RESULTADOS JO$TP$T': Cada corrida de un listado comien=a con la 6oja 0 to XplaneaciónX , el nuevo n0mero de planeación de este c2lculo8 i se recurrió para el c2lculo de la red, a una red &a almacenada aparece el respectivo n0mero de planeación en re!erencia al lado derec6o en paréntesis . i se ejecutaron debido a la clase de tarjetas "5 ciertas tareas de planeación se imprime al lado del tramo cu&o valor p o se indicó variable una X pX con el siguiente n0mero del tipo de planeación . p8e,: "" P':E Para el tramo "" se escogió el tipo de planeación '. 48#87 EEMPLO DE ENTRADA DE UNA MlNA AL COMPUTADOR : $n el %ne>o '0, el lector puede apreciar el plano de ve nt ilac ión de una m ina cu&a red se desea almacenar en el computador8 +a red consta de 4( nudos de empalme & 5# vas de ventilaciónA tiene 5 salidas a super!icie, cu&os nudos se numeran con "8 +as vas " & ' tienen los mismos puntos de cone>ión " & ', in embargo la va ' donde 6a& un ventilador prin cipal es va de salida del aireA la va de entrada del aire, la cual por 6 a ll a r s e cerca al ve ntila dor est2 provista de puertas reguladoras de aire /Po=o )18 Igualmente ocurre con las vas ) & 4 del po=o8 +os tajos de e>plotación est2n numerados de "4 a "98 $l po=o ) tiene instala do /va 91 un ventila dor a presión var iable . $l po=o 5 /va 41 est2 a presión constante8 entro del c2lculo se tuvo en cuenta la presión natural en los po=os ) & 5, la cual se asume presado en el !ormato "4 con valores de presión & !lujo . %lgunas vas con reguladores de !lujo se 6an e>presado en el !ormato "4 con valores de presión & !lujo8 Otras vas con reguladores de !lujo se 6an e>presado con resistencia mnima & se 6a u t i l i =a d o el !ormato "5 para presarla en valores de ∆p & ? & aparecen e>presadas en términos de resistencia /vas '-, '7 , '# , )( , )" , )), )-, )9 & 4#1. +a planeación para las vas con resistencia mnima / E 0,0((""1 corresponde al caso de planeación ' !ormato "5. %l entrarse este ejemplo al computador /!ormato clase "", clase "', clase "4 & "51 se obtuvo el listado
de computador. $ste listado nos o!rece una nueva distribución de !lujos en la mina de acuerdo a los consumos de presión de todas las vas & resistencia de algunas . Obtenido este listado se comparar2 con la distrib ució n de !lujos tomados con el anemómetro & balanceo de la red . i el listad o del computador d i! i e re en muc6o de los datos de consumo de presión , !lujo depresión del ventilador, se procurar2 6acer controles de las vas cu&os datos est2n presentando di!erencias apreciares. esa!ortunadamente en el momento no se dispone de este %ne>o8 $n caso contrario & previoa n 2 li s is se tomar2 la decisión de dejar almacenada la red en el computadorA para ello se colocar2 m " en la columna '" !ormatos clase "". %s la red en el computador, tendremos la base para !uturas planeaciones de ventilación en la mina , seg0n el desarrollo programado de la misma8 S UBIR
CAPITULO V VENTILADORES PRINCIPALES 58( *$DI+%O$ PICIP%+$ $ @P$FICI$: @na v e n t i l a c i ó n adecuada & e s t a b l e no puede obtener se en una mina subterr2nea de alguna importancia si no es a base de ventiladores. $l ventilador de VENTILACIÓN PRINCIPALes un aparato destinado, en el conjunto de la mina, a poner en movimiento el aire necesario para lav e n t i l a c i ón.
58" PRINCIPIOS : i se encuentra
ea un p e r ! i l tal como se muestra en la !igura )-,el !luido , bajo uno c i e r t puede observar
Fig8 )7 $%O++O $ @% @$% $ @ *$DI+%O ;$+ICOI%+ O %\I%+
S>
$n la siguiente !igura se esimativa de estos p r i n c i p i o s en un ventilador centr!ugo. O$P$IO
$n los dos casos, las aletas engendran una especie de pantalla, a cada lado de la cual reinan presiones di!erentes plican la creación de d iscontinuidad plica como se presentan un par de puntos ? & ∆ p8 ;emos visto istentes. $n estos ventiladores, el aire es adm itido por el odo , iales el rotor lleva un cubo vertical u 6ori=ontal sobre el
58) CARACTERÍSTICAS TEÓRICAS 58)." C)-*,. H "J: Para un ventilador iste una relación ; E ! /?1 entre la elevación manométrica o depresión del ventilador & el caudal . $l ventilador , por ende, no tiene un punto espec!ico de !uncionamiento, sino una continuidad de puntos de !uncionamiento posibles , los cuales se 6a&an repartidos sobre una curva caracterstica8 ea un sistema de ejes de coordenadasA $l !lujo ? en las abscisa, & presión total o carga total ; en la ordenada, ver la ! ig ur a 4(8
'
Curva ; /?1 caracterstica del ventilador8 C : Curva ; /?.1 caracterstica del circuito. %: Punto de intersección de las ' curvas imo, seguido de una =ona descendenteA los !uertes valores de la presión se obtienen para !lujos peigida por el c i r c u i t o aumentara, mientras
i la caracterstica real /*1 del ventilador no es la re!erida , la adaptación tiene lugar en un punto
.
i la caracterstica real /C1 del c i r c u i t o no es la re!erida, es decir la curva /C1 , la adaptación tiene lugar en un punto $. c1 i las dos caractersticas /*XI18& /CX1 no son las
regulación de las caractersticas
58)8'. POTENCIA +a curva de potencia en !unción del caudal s i g u e es casi igual imo8
58)8) CURVA DE RENDIMIENTO : $sta curva resulta de las anteriores, es decir, de ; E ! /?.1. +a !igura siguiente objetiva m2s la noción de punto de !uncionamiento. /Figura en la p2gina sigu ie n te 1 $l rendimiento del ventilador centr!ugo puede alcan=ar el #5Q como m2>imo.+a gama de su !uncionamiento, como sus posibilidades de regulación son 6asta la !ec6a bastante limitadas. Para un ventilador 6 e l i c o i d a l , por el contrario ; E ! /?1 es m2s llana, lo
?, siendo e>presado en m s, & ; en Pascal /Pa1. ; representa la di!erencia de presión total entre la $D%% & %+I% del ventilador8 @;9;5 LEES DE LOS VENTILADORES: +a !orma de comportarse un ventilador de acuerdo a las variaciones en la presión ; & en el caudal ?, pueden obtenerse por medio de sus curvas caractersticas. $>isten tres le&es !undamentales isten variaciones en el peso espec!ico del aire,
velocidad /rpm1 & el di2metro del ventilador8
*aliéndose de un an2lisis dimensional en un sistema de resistencia constante pueden demostrarse la relaciones siguientes: §
C%@%+ : Q µ η )3 o sea que :
§
P$IO: H µ η 2)2ω
§
POD$CI%:
= !1 (cons tan te)
Q
(1)
η )3
,motor µ
o sea que :
η 3)5ω
H
= !2
(cons tan te) (2)
η 2)2ω , o sea que : 3motor η )5ω
= !3
(cons tan te)
(3)
$n la ecuación /)1 pueden usarse cual
e igual manera, la ecuación /"1 dividida por la ra= cuadrada de la ecuación /'1 se conoce con el nombre de volumen espec&fico ?s, con ω constante: Q Q
=
2
) * H
+os !abricantes muestran estas caractersticas, en la placa del motor o del ventilador, con el objeto de !acilitar la selección del ventilador8 Como el !abricante suministra las curvas caractersticas del ventilador , el usuario puede !2cilmente calcular las nuevas condiciones utili=ando estas relaciones. $n cuadro siguiente ellas se resumen . Observe
epresentación *ariable
+$L ": η variable & ω constante
CAUDAL
?
irect8 proporcional
PRESION
;s o ;t
Con el cuadrado
POTENCIA
G a o Gm
Conelcubo
EFICIENCIA
η
constante
+$L ': variable G & constante Con cuadrado Constante Con el cuadrado Constante
η el
+$L ): ω variable η constantes Constante irect8 proporcional irect8 proporcional Constante
5858 INSTALACIÓN DE UN VENTILADOR/ SOBRE EL TUNEL DE SALIDA < ENTRADA +a boca de la mina donde se va&a a in st a lar el ventila dor esta unida al odo o tobera de entrada del ventilador, &a sea por medio de un tambor imo de rendimiento. escripción de
la !igura 44
&i@. 44 '8 Dubo de empalme, en el muro, entre el ventilador & el t0nel
RE:UISITOS : $n toda instalación de un ventilador principal se deben tener en cuenta los siguientes replosiones. e8 $ncerrar la instalación del ventilador con el objeto de evitar
68
Prever en la instalación contar con un ventilador de reserva
58- ESTUDIO PARA EL MONTAE DE UNA INSTALACIÓN : $n el , $ e3 o 4/se 5 muestra un pro&ecto de instalación de un ventilador pr in c ip a l en una boca de t0nel de la ina $l @vo8 $n este ane>o puede observar el lector los detalles principales
CAPITULO VI DISPOSICION PR!CTICA DE LA CORRIENTE DE AIRE -8( i no se 6ace alguna disposición especial, el aire istan8 ien sabido, es plotaciones