Ventilacion secundaria 513400306

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  • 1. aaaaaCODIGO: 05134003-06VENTILACIÓNSECUNDARIAVENTILACIÓN DE MINAS
  • 2. VENTILACIÓN DE MINAS 2CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R.DEDICATORIAA MI FAMILIA POR BRINDARME EL APOYO PARACONTINUAR UNA GRAN CARRERA PROFESIONAL,Y EN MENCIÓN ESPECIAL AL ING. FRANCISCOMORALES POR BRINDARME DE FORMA OPTIMATODAS SUS EXPERIENCIAS Y CONOCIMIENTOSPARA CRECER INTELECTUALMENTE EN EL AMBITODE LA MINERÍA.AGRDECIMIENTOA LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO, DEIGUAL MANERA A LA ESCUELA DE INGENIERÍA DEMINAS POR DARME LA OPORTUNIDAD DEREALIZARME PROFESIONALMENTE.
  • 3. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 3CODIGO: 5134003-06I. INTRODUCCIÓNPara la mejora continua de toda obrasubterránea como la minería y la tunelería,como uno de los pilares importantes para laejecución de dichas obras es necesario contarcon una ventilación secundaria la cual nosbrindará un mejor ambiente en los frentes detrabajo, ya que se removerá los gases emitidospor la voladura, los vehículos u otros como elmetano, así mismo como controlar el polvo yla temperatura.Para conllevar un buen avance de estas obrasse tendrá en cuenta como puntos principales:su extensión, el número de personas, eltonelaje extraído y las condiciones naturalesde la mina , temperatura, humedad, emisiónde gases y producción de polvo; lo cualpermitirá una relación optima con el volumende aire que se introducirá en las labores.Si requerimos beneficios en el ahorro de energía, ahorro de costos de funcionamiento ymantenimiento, necesitamos conocer bien el sistema de ventilación y los parámetros delentorno que le afectan para lo cual se tendrán se comprenden: El análisis de la eficiencia de los sistemas existentes, así como la determinación ylocalización de los problemas existentes con las consiguientes soluciones a estosproblemas. Optimización de los sistemas para reducir el costo energético. Optimización de los sistemas para mejorar las condiciones ambientales de losfrentes de trabajo. Modificación de los sistemas de cara a adaptarlos a nuevos requerimientos. Evaluación técnica y crítica a los diseños de ventilación propuestos por otros.
  • 4. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 4CODIGO: 5134003-06II. ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN DE VENTILACIÓN SECUNDARIAUna instalación de ventilación secundaria o auxiliar estará formada principalmente porventilador y una tubería, pero además para que funcione el sistema tenemos se necesita deotros elementos imprescindibles en ciertas situaciones como pueden ser los captadores depolvo:A. VENTILADORES:El ventilador para la ventilación auxiliar o secundaria tiene por objeto poner en el frentede trabajo aire limpio, procedente o bien del circuito de ventilación principal en caso deminas, o bien del exterior en el caso de ventilaciones de obra en túneles.Los ventiladores usados en este tipo de ventilación son generalmente de tipo axial. Enfunción del tipo de galería o túnel y del ambiente de trabajo los ventiladores tienenconfiguraciones constructivas diversas con lo que podemos clasificarlos en:VENTILADORES NEUMÁTICOS:Son equipos que han sido usados principalmenteen minería sobre todo en lugares en que esimposible hacer llegar una red eléctrica o en losque por motivos de seguridad no se recomiendala utilización de equipos eléctricos.Los ventiladores neumáticos son ventiladoresaxiales de un escalón, accionados por airecomprimido que toman de una red alimentadadesde una sala de compresores en el caso de unamina o desde un compresor portátil en el caso deque la aplicación del ventilador sea para lalimpieza en el ámbito de la industria naval. Es eneste último caso, donde muchas veces se requiereque un único ventilador alimente más de unatubería, por lo que se le dota al ventilador depiezas de adaptación o de conexión a las tuberíasque se acoplan para completar el sistema deventilación.El ventilador está compuesto por una carcasa exterior cilíndrica de acero. En su interior sealoja el rodete y el mecanismo de giro que acciona a éste. Se trata de turboventiladores,es decir, una turbina y un rodete que van montadas sobre un mismo eje. Lascaracterísticas aerodinámicas dependen de la presión de la red en cada momento. Porotro lado, el rendimiento de estos equipos es inferior al rendimiento de los equiposeléctricos, y si además tenemos en cuenta la menor eficiencia que tiene un sistema de airecomprimido frente al eléctrico, la utilización de estos equipos sólo es recomendable pormotivos de seguridad.
  • 5. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 5CODIGO: 5134003-06VENTILADORES ELÉCTRICOS:Se trata de equipos accionadosmediante un motor eléctrico, el cual vaacoplado directamente al rodete delventilador.En función de las características denuestro frente de ventilaciónsecundaria, se distinguen los siguientestipos de ventiladores:a) Ventiladores axiales para grandestúneles y minas no grisuosas:Son máquinas eléctricas que trabajangeneralmente en ventilación soplante.La configuración típica para unaestación de ventilación de este tipo es: Ventilador. Un ventilador o más dependiendo de las exigencias aerodinámicas.Puede, por tanto, haber instalados varios equipos en serie. Rejilla de protección. Para evitar que elementos susceptibles de ser aspirados pasencon el flujo a través del ventilador. Sirve además para evitar daños accidentales en elpersonal que trabaje en el entorno de la máquina. Tobera de admisión. Facilita la entrada del aire, reduciendo la pérdida de carga en elsistema, mejorando el rendimiento del sistema y reduciendo el nivel de ruidoaerodinámico del equipo. Silenciosos tubulares. Son los atenuadores acústicos, de manera que se dimensionanpara reducir el nivel de ruido aerodinámico a los niveles deseados. Sistema de anclaje o de fijación, que puede ser al techo del túnel o galería mediantepernos, o bien mediante un bastidor anclado directamente al suelo, o mediante unpórtico, típico para túneles de gran sección.
  • 6. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 6CODIGO: 5134003-06b) Ventiladores axiales con motor antideflagrante:Son ventiladores eléctricos preparados paratrabajar con atmósferas explosivas. Por tanto, elmotor ha de tener una protección antideflagrante,cuyo grado de seguridad será el exigido para cadaambiente en particular. Este tipo de ventiladores esla solución para minas y lugares donde la atmósferaes potencialmente explosiva. La configuración típicade estos ventiladores es análoga a la vista en elcaso anterior.Generalmente, en este caso peculiar, podrán usarse estos ventiladores en sistemas deventilación impelente, ya que el aire que hacen llegar al frente será aire limpio procedentedel circuito de ventilación principal, y por tanto no tiene por qué haber riesgo de explosión.En líneas impelentes se puede utilizar un ventilador con la forma constructiva convencional,así como también, fuera del ámbito minero y con concentración de metano todo tipo deinstalaciones siempre y cuando el motor sea apto para trabajar con atmósferas explosivas.c) Ventiladores antideflagrantes de bolsillo:La legislación minera nos dice que en líneasaspirantes no se permite que el flujo de aire pase porel motor, por lo que la construcción del ventiladorestá condicionada por esta circunstancia. Para talaplicación se utilizan ventiladores eléctricospreparados para trabajar en atmósfera explosivacompuestos por una carcasa exterior cilíndrica parala carcasa motor, dentro de la cual va alojado elmotor, estando este contenido en una envolventeque lo sitúa fuera del circuito de aire, como seaprecia en la siguiente figura.Esta configuración añade al ventilador un extra deprotección frente a los axiales antideflagrantesnormales, ya que el motor también suele tenertambién protección antideflagrante.
  • 7. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 7CODIGO: 5134003-06d) Ventiladores contrarrotativos:Cuando se necesita vencer grandes pérdidas decarga y los caudales no son excesivamente altos,pueden usarse ventiladores contrarrotativos. Estosventiladores son capaces de proporcionar 2 o 3veces más presión que un ventilador normal. Setrata de ventiladores que llevan 2 rodetes girando ensentidos opuestos, y por tanto dos motores. Su usose restringe a ocasiones en las que por exigencias dela sección del túnel, debido al gálibo, se instalantuberías de diámetro inferior al adecuado, con losque las presiones de trabajo para poder mantener elcaudal necesario en el frente nos lleva a la utilizaciónde ventiladores de muy alta presión.La elección del ventilador adecuado es importantede cara a maximizar el rendimiento del conjunto. Silas características del sistema así lo requieren,pueden instalarse baterías de 3 y 4 ventiladores enserie para lograr vencer presiones de más de 10.000Pa. Cuando se trabaja con dichas presiones se ha detener en cuenta también la resistencia de la propiatubería, ya que si no se dimensiona correctamentepodría no soportar el trabajo de ventilador, sobretodo los tramos iniciales donde se alcanzan las másaltas presiones.
  • 8. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 8CODIGO: 5134003-06B. TUBERÍA:La tubería de ventilación está formada por un tejido textil de poliéster revestido con PVC.El poliéster proporciona al conducto su resistencia mecánica. Se utilizan varios espesores detextil en función de las diferentes calidades de la tubería.El recubrimiento del textil hace el conducto de ventilación impermeable al aire y al agua, yprotege el poliéster de los rayos ultravioleta, así como de las influencias químicas.Los revestimientos gruesos proporcionan una mayor resistencia. Todas las tuberías deben deser autextinguibles, es decir, que en caso de incendio, el tubo continuará quemándose eltiempo que se exponga a las llamas, pero se apagará cuando se elimine la fuente de incendio.En el caso de ventilación aspirante las tuberías pueden ser también de poliéster llevandoanillos de refuerzo que le proporcionan rigidez. Las tuberías totalmente rígidas de PVC ometálicas no se recomiendan por su elevado coste, su alto peso y la dificultad para salvarobstáculos tales como curvas, estrechamientos, etc.
  • 9. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 9CODIGO: 5134003-06C. FILTROS:Junto a los gases, el polvo es uno de los principales contaminantes que perjudica el ambiente deun túnel o una mina. Cuando el polvo se encuentra en el aire, forma un sistema dispersollamado "aerosol". El polvo puede permanecer en el aire durante largo tiempo, dependiendo devarios factores, entre los cuales están: tamaño, finura, forma, peso específico, velocidad delmovimiento del aire, humedad y temperatura ambiental.El control del polvo se realiza principalmente mediante la supresión o atenuación del mismo,mediante su captación o mediante su dilución. Trataremos en este apartado los sistemas decaptación o filtrado:Las fuentes de generación de polvo son múltiples, así como el tipo de polvo en cuanto a sunocividad o peligrosidad. En minas donde se produce polvo de carbón, la generación de estecrea una atmósfera peligrosa potencialmente explosiva, en cambio la presencia de sílice haceque el ambiente sea dañino para el personal de trabajo.El polvo se puede generar en operaciones de carga, en la perforación, en el avance mecanizadode túneles o galerías, etc. Para estos casos es preciso disponer de sistemas de captación confiltros de alta eficacia para garantizar una atmósfera de seguridad y confort.El empleo de máquinas de ataque puntual comúnmente conocidas por rozadoras o minadoresgenera gran cantidad de polvo en la zona en la que se realiza la excavación. Este polvo presentagraves inconvenientes para las personas que trabajan en el entorno, falta absoluta devisibilidad, imposibilidad de respirar, aspiración de polvo de sílice o similares así como unadisminución de la seguridad en el trabajo e incrementos de situación de accidentes.La captación de polvo es básicamente un sistema aspirante similar a los descritos anteriormentea los que se les incorpora un filtro. Este puede ser por vía húmeda y por vía seca.Los filtros en vía húmeda son más económicos pero mucho menos eficaces que los de vía seca.Los filtros por vía seca son de alta eficacia que llega al 99.9% del polvo aspirado, es decir, de1000 gr. de polvo aspirado se retorna al túnel 1 gr.Vía Húmeda:El sistema de captación de polvo, se suelen instalar en los frentes de avance con minador en elcircuito de ventilación secundaria en esquema aspirante.Este tipo de captador de polvo se emplea especialmente en minas de carbón, y que en Españase instalan de acuerdo con las exigencias de la ASM-52, que establece en su apartado 4.1.2.-Prescripciones adicionales para avances mecanizados, que: las labores de avance mecanizadodispondrán de un captador de polvo. El extremo de la tubería de aspiración del captador estarásituado a una distancia máxima del frente de 2 metros.Generalmente en los frentes de avance con minador se están usando equipos de captación queconsisten básicamente en un ventilador axial de "bolsillo" que incorpora un sistema depulverización de agua y un panel filtrante.
  • 10. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 10CODIGO: 5134003-06Es necesario la correcta utilización y ubicación del sistema, ya que con cierta frecuencia secombinan los captadores con otros ventiladores en serie, creando condiciones de servicioinadecuadas, fundamentalmente debido a la circulación de un exceso de caudal a través delcaptador, con pérdidas de carga en el filtro muy elevadas.En otras ocasiones, y también con cierta frecuencia, ante la necesidad de mayor caudal deventilación secundaria en el frente, se retira el panel filtrante, ocasionando por tanto unapérdida de eficacia notable en la captación y decantación del polvo respirable.En funcionamiento aislado sobre una línea de ventilación secundaria, el conjunto se comportacomo un ventilador, cuya curva de funcionamiento se asemeja a la de un ventilador con unaresistencia (filtro) en serie con ella. Sin embargo, cuando el captador funciona en serie con otroventilador, (se instala a continuación de dicho ventilador), y debido a que los ventiladorespueden suministrar un caudal nominal mayor que el del captador de polvo, el conjunto"ventilador del captador+filtro" se comporta como una resistencia (pérdida de carga neta)insertada en el circuito de ventilación del ventilador auxiliar.Por esta razón, resulta aconsejable la ubicación de este equipo en punto de la instalación deventilación secundaria en los que el caudal que circule no sea superior a los del caudal nominaldel filtro (Se intenta que el filtro sea un elemento neutro a efectos de pérdida de carga), ya quepara caudales superiores a éste aumenta notablemente la pérdida de carga y se penaliza elrendimiento de la instalación.
  • 11. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 11CODIGO: 5134003-06Cuando se recurre al acoplamiento de un sistema de captación en el sistema de ventilaciónauxiliar, ubicar este equipo lo más cerca del frente de trabajo resulta favorable para elfuncionamiento (de hecho ya no sería un elemento neutro, sino positiva, de manera que ayude alventilador auxiliar).Se debe insistir en la necesidad de proceder a una limpieza periódica del panel filtrante paraevitar obstrucciones que ocasionan disminuciones significativas del caudal efectivo en el frente.Se debe señalar también la importancia de reducir las fugas a lo largo de la tubería, teniendo encuenta que este aspecto tiene mayor relevancia aún que en otras instalaciones, ya que al existiruna importante resistencia intercalada en el circuito (captador de polvo), se trabaja con uncaudal reducido en el frente de trabajo con lo que la captación se verá mermada.Para definir el caudal necesario para los filtros acorde a una posición x de dicho captador a lolargo de una línea de ventilación, hay que tener en cuenta como se comporta dicha línea sincaptador. Está claro que el caudal en el frente será menor que el caudal que moviliza elventilador, por lo que a lo largo de la línea vamos a tener un caudal distinto y que tendremos queestimar en función de la longitud donde lo evaluemos. De esta manera, se el caudal de diseño delfiltro es igual o superior al que corresponde con la posición x, el filtro trabajará en condicionesóptimas.
  • 12. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 12CODIGO: 5134003-06En el gráfico se puede ver la evolución del caudal según una parábola, pero por simplificaciónsuponemos una recta, que es más restrictivo.Vía Seca:Los filtros en vía seca con aplicación al avance de túneles o galerías, se dividen principalmente encompactos o semicompactos.a) Filtros CompactosLos filtros denominados compactos son los que se utilizan en un sistema de aspiración detipo secundario con una ventilación soplante como principal. Básicamente el sistema deventilación está formado por una línea soplante principal y una línea aspirante secundariaque incorpora un filtro.La línea aspirante está compuesta desde el frente por: Tubería flexible reforzada aspirante. Filtro Estación de ventilación que ha de vencer la pérdida de carga tanto de la tuberíacomo del propio filtro.Las ventajas de esta solución son varias: Ocupa poco espacio en el túnel Tramo de tubería de longitud reducida, (máx. 80 metros) Ventiladores estándar Fácil movilidad. El aire fresco llega al frente a través de la línea soplante.
  • 13. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 13CODIGO: 5134003-06Las desventajas principales del sistema son: El filtro requiere ser adelantado con una periodicidad aproximada de una semana. Dos líneas, soplante y aspirante.En las tuneladoras por el mismo motivo que en las rozadoras o minadores se utilizan sistemas decaptación de polvo para aspirar el que se genera en la fase de corte. El volumen de polvogenerado en una tuneladora es muy superior al generado en una rozadora, lo que hace delsistema de captación de polvo un elemento indispensable.En las tuneladoras se utiliza el filtro compacto para la captación de polvo. El sistema deventilación se complementa con un sistema soplante desde el exterior.b) Filtros Semicompactos:Los filtros denominados semicompactos se utilizan como línea general de ventilaciónformando un sistema aspirante con alguna salvedad. El filtro se coloca en el exterior deltúnel. Los ventiladores se colocan próximos al frente con un tramo de tubería flexibleaspirante por delante y el resto hasta unirse con el filtro con tubería flexible soplante.
  • 14. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 14CODIGO: 5134003-06Las ventajas del sistema son: Solamente una línea de ventilación. El filtro no debe ser movidoEsta solución presenta las siguientes desventajas: Filtro de gran tamaño. Ventiladores especiales con protecciones contra el polvo y antidesgaste Limitación de longitud de tramo a 800 metros (recomendado 500-600m.) Problemas de decantación del polvo en la tubería soplante con el consiguienteincremento de la pérdida de carga y disminución de caudal aspirado. El aire que llega al frente está contaminado y caliente.D. CASSETES:Las especiales circunstancias de los avances conseguidos con las tuneladoras que en un solo díapueden excavar 20 o más metros de túnel, genera un problema adicional que es el de colocar latubería soplante que lleva el aire hasta el frente.Debido a esos ratios de avance es prácticamente imposible ir añadiendo tubería ya que ellosupondría parar la máquina y por tanto retrasar el avance de la excavación.Para solucionar este inconveniente se ha diseñado un almacén de tubería que se incorpora en elpropio back up de la tuneladora. En este almacén se acopian hasta 200 metros de tubería flexibleen un reducido espacio de unos 3-4 metros de longitud. Esta tubería está unida con la que llegadel ventilador. A medida que la tuneladora avanza va desplegándose tubería sin pausa algunaque obligue a suspender el trabajo de corte.Normalmente se dispone de dos unidades de cassette para minimizar los tiempos de parada.
  • 15. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 15CODIGO: 5134003-06Esta solución tiene ventajas adicionales como son: Una perfecta alineación de la tubería Un muy buen tensado de la misma La instalación no sufre de roturas por intrusión en los gálibos de los vehículos quecirculan por el túnel.
  • 16. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 16CODIGO: 5134003-06CARACTERÍSTICAS DE LA VENTILACIÓN SOPLANTE Barrido del frente:En un sistema soplante la distribución de las líneas de flujo hace que la corriente de airefresco sea efectiva a mayor distancia desde la salida del conducto que en el sistemaaspirante. En frentes grisuosos, esta corriente causa una mezcla turbulenta con el grisú yevita la estratificación de éste. Ambiente de trabajo y polvo:La velocidad de la corriente de aire incidente produce un efecto refrigerador en elfrente. Por otra parte, esta velocidad, da lugar a una suspensión y dispersión del polvo,por lo que en el caso de ambientes muy polvorientos será necesario acoplar unventilador de refuerzo aspirante. La misión de este ventilador será retirar el polvo delfrente y llevarlo a un decantador. Circulación del gas:En caso de trabajar en ambientes grisuoso, el metano generado en el frente se arrastraa través de toda la galería, donde la probabilidad de encontrar fuentes de igniciónpodría ser en principio mayor, por lo que la elección del sistema en este caso ha deestudiarse cuidadosamente.III. SISTEMAS DE VENTILACIÓNA. TIPOS DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN:SOPLANTE:El aire entra al frente del fondo de saco a través dela tubería, impulsado por un ventilador, y desplazala masa de aire viciado hacia la corriente principalde aire, a través de la galería. Este es el sistemapredominante usado en la mayoría de las minas.La corriente de aire limpio que se genera en estesistema, a una velocidad relativamente alta,provoca al entrar en contacto con los gases quehay en el frente una mezcla turbulenta con lo quese elimina la potencial de acumulación oestratificación del gas en zonas próximas al frente.La salida del conducto debe estar situada a unadistancia adecuada del frente, de modo que lazona de barrido se extienda hasta éste. Si ladistancia es excesiva, se crea una zona muerta, enla que el aire no se renueva.
  • 17. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 17CODIGO: 5134003-06 Conductos de ventilación:El sistema permite el uso de conductos flexibles no reforzados, que tienen unasuperficie interior lisa. Estos conductos son más baratos y manejables y presentan unamenor resistencia al paso del aire.ASPIRANTEEn este método, el aire contaminado del frente es succionado a través del conducto debido a ladepresión creada en esta por un ventilador situado en el otro extremo. Este aire es evacuado enla corriente de ventilación principal, procedente de la cual entra aire limpio a través de la galería.La boca de aspiración de la tubería debe situarse muy próxima al frente, pero aun así, debido a ladistribución de las curvas de velocidades de aire en las zonas próximas a la aspiración, estesistema no efectúa en general un buen barrido del frente, por lo que suele ser necesario el usode la configuración denominada mixta.CARACTERÍSTICAS DE LA VENTILACIÓN ASPIRANTE. Barrido del frente:El aire fresco entra a través de la galería, de sección mucho mayor que el conducto,luego su velocidad y turbulencia será mucho menor, y su mezcla con el gas emitido porla galería y el frente mucho más pobre.Además, según el aire fresco entrante en el sistema aspirante se aproxima a la toma deaire del conducto, el flujo tiende a moverse hacia ella, creando el potencial para laformación de zonas de aire estático en el frente. Por este motivo, un sistema aspirantepor si solo no es capaz, en general, de garantizar un buen barrido del frente, si este esde gran sección o si la tubería de aspiración no está situada en el mismo frente. Por ello,es conveniente adoptar una solución mixta, con un ventilador de refuerzo soplante quecree una turbulencia adecuada para garantizar la dilución del grisú.
  • 18. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 18CODIGO: 5134003-06 Ambiente de trabajo y polvo:La velocidad de la corriente de aire incidente es menor con lo que disminuye el efectorefrigerador en el frente. La suspensión y dispersión del polvo es también menor.Además debe considerarse que este ventilador retira el polvo del frente. Circulación del gas:El gas generado en el frente circula por la tubería, mientras que por la galería circula airelimpio. Este argumento, parece que inclinaría la balanza hacia la ventilación aspirante enel caso de frentes muy grisuosos. Pero ha de considerarse que el gas debe circular por latubería de ventilación y a través de los ventiladores secundarios, que también sonposibles fuentes de ignición. (ASM 51, ATEX, prEN). Conductos de ventilación:El sistema requiere un conducto rígido (fabricado en acero, plástico o fibra de vidrio) oun conducto flexible reforzado mediante espiral. Si los sistemas requieren un grancaudal, su ejecución práctica puede ser problemática técnicamente hablando, ya que senecesitan presiones muy elevadas que conducen a la utilización de varios ventiladoresen serie.SOPLANTE CON APOYO ASPIRANTEForma parte de los sistemas mixtos. El sistemamixto, también llamado sistema solapado, utilizaun ventilador auxiliar de refuerzo, situado frentea la labor, y con un tramo de conducto de pocalongitud. Estos sistemas combinan las ventajasde cada sistema, consiguiendo el mejor efecto deventilación en situaciones concretas de minería.Son posibles dos configuraciones en función deque la línea principal sea la aspirante o lasoplante.Una línea soplante con solape aspirante constade un sistema soplante principal con unainstalación auxiliar aspirante, cuya función por logeneral es la de recoger y evacuar el polvogenerado en el frente.
  • 19. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 19CODIGO: 5134003-06De esta forma: Conseguimos aire limpio en el frente ya que el humo de los camiones no va hacia lostrabajadores. Se diluyen de todas formas los humos y con mayor efectividad. Se evita, como ocurre en muchas ocasiones que la velocidad del aire en el fondo de sacosea prácticamente nula en zonas alejadas del frente. Se disminuye la temperatura, aumentan las condiciones de confort de los trabajadores,aumentando su rendimiento de trabajo.B. CONFIGURACIONESVENTILACIÓN ESCALONADA (BOOSTERS)Cuando la longitud del fondo de saco es bastante grande en relación al diámetro de la tubería, enmuchas ocasiones, con uno o varios ventiladores en cola no se conseguiría el objetivo propuestode caudal en el frente de trabajo. Incluso puede que con la configuración en cola se alcancenpresiones que la tubería no puede soportar. En estos casos se colocan ventiladores intercalados alo largo de la tubería con el fin de ayudar al sistema.Estas instalaciones se pueden hacer con los dos tipos de tuberías usadas en minería, la tuberíaflexible lisa o con la tubería flexible reforzada.ASPIRANTE CON APOYO SOPLANTEUn aspirante con solape soplante tendrá elesquema opuesto, y la función del ventiladorauxiliar de refuerzo (soplante) es precisamentela de asegurar un buen barrido del frente,evitando la formación de zonas muertas sinventilación adecuada.La ventilación aspirante, estará diseñada deforma que tome en dicho fondo de saco, en elfrente, unos 2/3 del caudal que se ha calculado,de forma que el 1/3 restante regrese por elfondo de saco hacia la corriente de ventilaciónprincipal, limpiando o arrastrando a su paso loshumos que se generan por el paso y elestacionamiento de los camiones.
  • 20. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 20CODIGO: 5134003-06Como se puede ver en el diagrama de presiones anterior, para una instalación soplante, laspresiones en los ventiladores son positivas principalmente. Pero si observamos los ventiladores 2y 3, vemos que la tubería que une los dos ventiladores tiene un tramo de la misma ensobrepresión y otro tramo en depresión. Esto trae problemas en ambos tipos de tubería:1. Si la tubería en flexible reforzada, puesto que todas las tuberías tienen fugas, en este casotendremos fugas entrantes y fugas salientes, lo que producirá una recirculación de aire tantoalrededor del ventilador 3 como en el punto t de la tubería donde cambia el régimen de presión.2. Si la tubería fuese flexible lisa, en el momento de que se genere depresión en el lado deaspiración del ventilador 3, la tubería se colapsará al tender a cerrarse, pues no está reforzada.Esto traerá como consecuencia que el ventilador comenzará a trabajar más forzado y podríaincluso a llegar a trabar en régimen de bombeo. El operario de la ventilación, intuitivamenteretrasaría la posición del ventilador para intentar corregir esta situación, pero el sistema es máscomplejo porque los triángulos de presiones va a depender en todo momento de la distancia delventilador 3 hasta el frente, y esta distancia va cambiando a medida que se va avanzando, lo queobligará de nuevo a seguir añadiendo ventiladores y al final, sin un criterio racional.
  • 21. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 21CODIGO: 5134003-06EN COLAUna alternativa al sistema anterior es la de colocar todos los ventiladores necesarios en cola de lainstalación. Los ventiladores necesarios se instalan en el extremo de la tubería opuesto al frentede trabajo.Para una instalación soplante se puede utilizar tubería flexible lisa. En este sistema se tiene laventaja de no producirse la recirculación de aire viciado. Tiene la limitación en la propia tubería,ya que el utilizar varios ventiladores en serie hace que las presiones que se generan en la tuberíasean muy elevadas. La tubería ha de soportar estas presiones, así como estar en buenascondiciones ya que si no las fugas que se producen en la tubería podrían hacer que apenasllegase aire al frente de trabajo.SEPARADORESCuando en un túnel con gran necesidad de caudal, la relación longitud de tubería frente adiámetro es muy grande los dos sistemas anteriores se hacen inviables.La propuesta mediante separadores consiste en instalaciones de ventiladores y tubería en serie,como si fuese una ventilación escalonada, pero cada ventilador intercalado no estaría conectadoa la tubería de la instalación anterior.
  • 22. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 22CODIGO: 5134003-06Una vez ya se conoce el caudal que se necesita en frente, se calcula la instalación necesaria, queestará definido por la tubería de ventilación y uno o varios ventiladores en serie.Debido a las fugas que se generan en la tubería, el ventilador tendrá que entregar un caudalsuperior al que necesita en el frente de trabajo. Puesto que este ventilador tomará aire limpio deuna instalación anterior, dicha instalación deberá entregar un caudal ligeramente superior demanera que la diferencia se incorpore como caudal saliente a la galería o túnel evitando que elúltimo ventilador tome aire de retorno recirculándolo.Este sistema tiene la principal ventaja de poder utilizar tubería flexible lisa, que para longitudesde túneles importantes hace que la instalación sea mucho más económica, por otro lado al noestar conectados los ventiladores, no se producen depresiones en las tuberías que colapsen lasmismas.Para un correcto ajuste del sistema es conveniente el uso de variares de frecuencia para elcontrol de los ventiladores, sobre todo para reducir el caudal en el ventilador más próximo alfrente, ya que si tiene menos tubería instalada en cierto momento que la de diseño, puesto quela resistencia del sistema es menor, el ventilador movilizará mucho más caudal, y si este caudales superior al que entrega el sistema anterior, se puede producir un recirculación de aire viciado,algo que no es muy deseable, por tanto se bajará el caudal del ventilador más próximo medianteel uso de un variador de frecuencia.
  • 23. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 23CODIGO: 5134003-06RECIRCULACIÓN CONTROLADAUna práctica habitual en otros países es la recirculación controlada de aire. Este esquema esposible tanto en las ventilaciones aspirantes como impelentes, y consiste básicamente enprovocar de forma consciente y controlada la recirculación de parte del caudal de aire queretorna del frente, asegurando el caudal efectivo que marca la ASM51.Entendemos por caudal efectivo (qe) el volumen de aire en m3/s que llega al frente, menos elque recircula.Esta solución tiene la ventaja del aprovechamiento integral del aire introducido en la mina, quesale limpio, pero evidentemente requiere un estricto control de la calidad del aire recirculado, deforma que el contenido de gas en el frente nunca alcance concentraciones peligrosas. A priori,esta idea tiene interesantes posibilidades, pero debe analizarse su viabilidad para cada caso enconcreto, teniendo en cuenta el régimen de desprendimiento de gas de la labor, la ubicación delas máquinas y del personal, y los aspectos relativos al polvo.Esta tarea exige, además, la utilización del control ambiental.IV. CRITERIOS DE DEFINICIÓN DE CAUDALESLa estimación de la cantidad necesaria de aire en una zona de trabajo todavía es un aspectoempírico en la planificación y diseño de un sistema de ventilación. La mayoría de las referenciasestán basadas en experiencias locales de emisiones de gases o de disipación de calor y aún estánreferidas de una manera práctica a ratios de m3/s por determinadas unidades: CV Diesel,toneladas extraídas, m2 de sección de túnel, etc.Estos métodos de determinación de los caudales serán válidos siempre y cuando los métodos detrabajo propuesto, tipo de maquinaria y condiciones sean similares a los que dieron lugar a losratios de caudal.Según la experiencia de otras minas se recomienda empezar a cuantificar las necesidades decaudal en los propios puntos de trabajo, en los fondos de saco.Para ello, se pueden utilizar numerosas formulaciones para cuantificar el caudal de aire necesarioque me den: m3/s por kilotoneladas de mineral/año. m3/s por KW de Diesel instalado m3/s por un KW de diesel funcionando m3/s por litro de "Diesel" caminando dentro de la mina m3/s por persona en la mina
  • 24. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 24CODIGO: 5134003-06A. VELOCIDAD MÍNIMALa velocidad mínima de retorno de ventilación es un valor de referencia bastante usado porsimplicidad. Como referencia en todo tipo de túneles y galerías, una velocidad mínima de retornode 0.5 m/s es suficiente. Esta velocidad define el caudal en el frente de trabajo de 0.5xS m3/sdonde S es la sección del túnel en m2. Si la longitud del túnel es importante, las fugas que seproducirán en la tubería de ventilación incrementará progresivamente el caudal de retorno,hasta hacerse máximo a la salida del túnel con lo que la velocidad media de retorno será superiora los 0.5m/s de diseño.En minería de carbón se usa como referencia una velocidad mínima de retorno de 0.2 m/s parasus labores en roca, incrementándose a 0.3m/s para labores en carbón.B. DILUCIÓN DE METANOLa reglamentación de seguridad minera se remonta a 1825, año en el que por Real Decreto seasigna a la Dirección General de Minas las operaciones de vigilancia e inspección de las laboresmineras. En 1897 aparece el primer Reglamento de Policía Minera, modificado en 1910 y en1934, y posteriormente modificado para adaptarse a los progresos tecnológicos.Las ITC (Instrucciones Técnicas Complementarias) destinadas a favorecer la seguridad minera,están recogidas en el RGNBSM (Reglamento General de Normas Básicas de Seguridad Minera),publicado en el año 1985 y con competencia de las Comunidades Autónomas. En Asturias sepromulgaron 52 ITCs, con los acrónimos ASM, que son prácticamente idénticas a las ITCsnacionales excepto dos que son exclusivas de Asturias: ASM-51 "Explotación de capas de carbón por el método de Sutirage con subniveles". ASM-52 "Sistemas de explotación de labores subterráneas clasificadas, respecto alriesgo de presencia de grisú y otros gases inflamables".De todos modos el caudal requerido en el frente por motivos de dilución de grisú esgeneralmente menor al requerido por otros criterios. Como norma general, podrá decirse quehabrá que tener una velocidad mínima de 0.3m/s en frentes grisuosos y 0.2m/s en frentes nogrisuosos.C. DILUCIÓN EMISIONES DIESELSe toma como referencia la cantidad de KW Diesel de las máquinas presentes en los trabajos enla explotación, con los consiguientes coeficientes de simultaneidad, de manera que multiplicadopor la cantidad de aire específico según la legislación, nos da el caudal necesario que ha demovilizar el ventilador.Esto tiene un problema, ya que a pesar de que los coeficientes de utilización de las máquinasdiesel cambian en función de la organización, planificación, y sobre todo de la evolución de lamina, siempre se consideran estos coeficientes constantes en los libros de ventilación, por lo quedebería incidir en este tema, ya que a pesar de que se superen los 0.05 m3/s/CV Diesel Nocatalizado o 0.03 m3/s/CV Diesel Catalizado, puede ser que la ventilación pueda ser demasiadojusta. Habrá que tener en cuenta otros factores como velocidad de retorno, temperatura, etc.
  • 25. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 25CODIGO: 5134003-06Como referencia orientativa en fase proyecto del caudal de aire necesario en lugares conutilización de máquinas Diesel: Para trabajos con Equipos Diesel Catalizados:Q (m3/s) = 0.04 (m3/s) x N° de operarios + 0.03 (m3/s) CV Diesel Para trabajos con Equipos Diesel No Catalizados:Q (m3/s) = 0.04 (m3/s) x N° de operarios + 0.05 (m3/s) CV DieselCon esta formulación obtengo el caudal que necesito para cada fondo de saco.A efectos prácticos, esta formulación sería suficiente para el dimensionamiento de la ventilaciónya que profundizar en el origen de los coeficientes 0.03 y 0.05 no tiene sentido si no se tieneclaro el coeficiente de simultaneidad de las máquinas que están trabajando en cada frente detrabajo.El vigente RGNBSM aborda la problemática asociada a la utilización de motores de combustióninterna en el interior de la mina únicamente desde la perspectiva de exigir una suficiente diluciónde los gases de partículas emitidas, para que las concentraciones ambientales se mantengan pordebajo de los valores admisibles para los distintos gases peligrosos según ITC 04.7.02"Concentraciones límites de gases".La única especificación de caudales mínimos en la que se utilicen máquinas de combustión dieselen la normativa minera española se encuentra en el Reglamento de Policía Minera de 1934, queestablecía un requerimiento de ventilación de 13 m3/s por cada 100KW de potencia nominal,que corresponde con un ratio de 0.097 m3/s/CV Diesel, que supone prácticamente el doble quelo que se considera en los reglamentos mineros internacionales vigentes.Durante los últimos 15 años, se han conseguido grande mejoras en el desarrollo de los motoresdiesel, sobre todo en lo que se refiere a la reducción de las emisiones de partículas. Estasmejoras específicas se han centrado en el turbo compresor, en la inyección a alta presión y en lainyección electrónica de combustible.La combustión incompleta de combustible en los motores diesel produce emisiones que estánformadas por mezclas complejas de gases y partículas de carbón junto con componentesorgánicos que han adsorbido.Por lo general, en la mayoría de las minas en USA y en Canadá, los parámetros de diseño delcaudal están basados en ratios tipo "m3/s/CV", y se está empezando a tener muy en cuenta ladilución de las partículas DPM. Es en estos países donde se están centrando en el control a laexposición de estas partículas, y que sin duda marcarán una referencia qua acabarán siguiendo elresto.
  • 26. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 26CODIGO: 5134003-06Considerando la cantidad de carbón total por metro cúbico de aire, se observa que en la granmayoría de las minas en que el ambiente no era confortable para el trabajo y que en algúnmomento se ha tenido que parar los trabajos, implicaba tener valores por encima delos400TC/ug/m3.La mayor cantidad de emisiones son las de los equipos de producción (palas cargadoras,camiones y locomotoras). Es necesario conocer sobre que valores nos movemos en las emisionesde partículas de las máquinas atendiendo a tipo de máquina:TIPO DE MÁQUINA ENFUNCIÓN DE LA INYECCIÓNDEL COMBUSTIBLEVALORINFERIOR[G/HP-HLVALORSUPERIOR[G/HP-HLEquipos modernos deInyección Directa0.1 0.4Equipos Inyección Indirecta 0.3 0.5Equipos Viejos de Inyeccióndirecta0.5 0.9Los valores de las emisiones dentro del rango definido por el valor inferior y el valor superior,serán tales que para máquinas con buen programa de mantenimiento que estarán más próximosal valor inferior mientras que en caso contrario se aproximará al otro extremo del rango.La contribución de partículas de emisiones Diesel (g/min) vendrá dada por la expresión:Dónde: CED: Contribución de Partículas (DPM) en las emisiones de vehículos Diesel [g/min] PD: Potencia del vehículo diesel [HP] ED: Emisión de partículas diesel (DPM) [g/HP-h] EC: Eficiencia del catalizador [%]. EF: Eficiencia del filtro [%]
  • 27. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 27CODIGO: 5134003-06El caudal necesario para la dilución de las partículas hasta el límite de carbón por m3 de aire enmicrogramos vendrá determinado por la expresión:Como referencia, el límite provisional de exposición a partículas Diesel usado es 400-rc µ g/m3(Recomendaciones de NIOSH y que MSHA está siguiendo), vigente pero que a partir de Mayo del2008 pasará a ser de 160Tc µg/m3. Para muchas minas, el límite de 400-rc µ g/m3 ha implicadoel uso de máquinas más "limpias", usando cabinas con aire acondicionado en las máquinas yequipos de respiración autónoma para los obreros que trabajan fuera de las máquinas. El pasar aun límite de 160Tcµg/m3 supondrá además de estas medidas un incremento del caudal 3 o 4veces superior al actual.Pretendemos, de una manera práctica determinar el caudal necesario de manera que sea elsistema de ventilación el encargado de asegurar el nivel de confort y seguridad a las personas.La concentración de partículas de carbón totales presente en las emisiones de una máquinaDiesel, TC se asumen como el 80% de la concentración de las partículas DPM, (Diesel ParticulateMatter). Las partículas totales de carbón las podemos dividir en orgánicas y en elementales, demanera que la concentración de las elementales representa casi el 70% de las totales. Por tanto,TC = EC x 1.3 = OC + EC, donde EC se refiere a las partículas de carbón elementales y OC a lasorgánicas.
  • 28. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 28CODIGO: 5134003-06Si la máquina Diesel tiene un convertidor catalítico, la eficiencia es generalmente del 20%. Porotro lado, el filtro, tendrá una eficiencia del 85%.Como análisis a la formulación anterior, si partimos de que todo tipo de máquina llevará filtro ycatalizador, mostraremos a continuación la variación de los ratios tipo "m3/s/CV", en función delas emisiones de las partículas diesel para los dos límites a los que hemos estado refiriéndonos, yque representaremos comparando el resultado con los ratio prácticos que se utilizan en Españageneralmente 0.03 m3/s/CV y 0.05 m3/s/CV:Para el cálculo del caudal necesarioPara el límite de 400TC µ g/m3, comparando los ratios para motores Diesel catalizados y confiltros, se observa que 0.03 m3/s/CV nos cubre el rango de emisiones de partículas de hasta 0.5g/HP-h, por lo que las máquinas que podríamos usar serán todas las que tengan filtro ycatalizador a excepción de las viejas de inyección directa.El ratio 0.05 m3/s/CV, prácticamente nos abarca todas las máquinas, incluidas las viejas deinyección directa siempre que estén catalizadas y con un mantenimiento aceptable. Este ratio seestá utilizando para maquinas No catalizadas y SIN filtros, por lo que si bien, este ratio seríasuficiente para la dilución de los gases, no lo será para la dilución de las partículas carbonosas,salvo en el caso de máquinas nuevas en muy buen estado y sin catalizar. Esta situación no sedaría, por otro lado, ya que todas las máquinas nuevas ya vienen con filtro y catalizador.Para el límite de partículas 160TCµg/m3la restricción será tan grande que limitará el parque demaquinaria sólo a equipos nuevos de inyección directa y catalizados. Para ese caso, 0.03 m3/s/CVestará ya muy justo y solo será válido para las máquinas que estén en muy buen estado, por loque no tendrá sentido trabajar con máquinas NO catalizadas, y cualquier otro tipo de maquinacatalizada y con filtro de inyección indirecta necesitará un caudal de aire superior. Como sepuede ver en el gráfico anterior, 0.05 m3/s/CV nos abarcará sólo máquinas nuevas catalizadas. Sise utilizasen motores de inyección indirecta catalizados y con filtro se necesitaría ratios de caudaldel orden de 0.085 m3/s/CV.
  • 29. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 29CODIGO: 5134003-06D. DILUCIÓN GASES DE LA VOLADURASEs preciso, en primer lugar, conocer la composición del tapón de humos formadoinmediatamente después de la voladura, para poder estudiar su evacuación mediante el sistemade ventilación.Los gases y vapores se expanden en la galería hasta detenerse bruscamente, formando un tapón,cuya longitud inicial es importante estimar para determinar la concentración que en él tienen losgases. La concentración máxima del tapón se presenta en el frente del mismo.Al desplazarse el tapón por el túnel o la galería su longitud aumenta y su concentración es gasesnocivos disminuye.Para determinar el tiempo de dilución de los gases de voladura, se ha de tener en cuenta unaserie de conceptos:1. Una vez formado el tapón de humos, puesto que la instalación de ventilación está aportando airelimpio, se empieza a desplazar el tapón de humos a medida que se va mezclando con el airelimpio. Tendremos, por tanto, una concentración de gases tóxicos inicial en el tapón de humos yotra final en el momento que el tapón llegue a la salida del túnel. Podemos suponer que en elvolumen del túnel tendremos una mezcla de los gases de la voladura y del aire limpio aportadoque es constante a lo largo de toda la longitud, es decir, si la distancia a la que se encuentre eltapón de humos en el túnel es de la mitad de la longitud del túnel, desde esa posición hasta elfrente de trabajo, la composición de los gases de la mezcla la suponemos constante.2.3. Cuando el tapón llegue finalmente a la salida del túnel, la mezcla tendrá una concentración degases tóxicos Gc(ppm), y que puede que sea superior a la concentración admisible de gasestóxicos Ga(ppm). Por consiguiente, al seguir aportando aire, la concentración de la mezclaseguirá disminuyendo por lo que tendremos un tiempo de dilución adicional que hemos de teneren cuenta.La longitud del tapón de humos viene dada por la expresión:Donde L = Longitud del tapón de humos [m] K = 25. Constante de dispersión para los avances en túneles [-] M = Masa de explosivos [kg] FA = Avance por ciclo [m] D = Densidad de la roca [t/m3] A = Área del frente de avance [m]
  • 30. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 30CODIGO: 5134003-06Este tapón de humos tendrá una composición de gases nocivos y que dependerán del tipo deexplosivo utilizado pero como "referencia" tenemos:GAS GASPRODUCIDO/KGEXPLOSIVO[KG/KG]DENSIDAD DEL GAS(G/M3)VOLUMEN DE GASPRODUCIDO /KGDEEXPLOSIVO (M3)CO 0.0163 1.25 0.01304C02 0.1639 1.977 0.082903N02 0.0035 1.36 0.002574De los gases nocivos que se van a encontrar en los productos de la voladura, los más restrictivosserá los NOx. El valor admisible para el NO2 oscila en un valor a 1.5 ppm.Así, teniendo en cuenta que la relación N02/NOx aceptada en túneles es de un 10% los nivelesadmisibles de NOx que se puede considerar son de 15 ppm.Para calcular la concentración de gas de la voladura en el túnel, se asume que dicho gas ahora semezcla con el aire limpio aportado ocupando finalmente todo el volumen del túnel. GTUNEL = Concentración de gas en el túnel [ppm] VGAS = Volumen de gas / kg explosivo [m3] Explosivos =Cantidad de explosivos utilizados en cada voladura [kg] Volumendel túnel= [m3]En esta etapa vamos a asumir que la cantidad de aire que se está suministrando se mezclaperfectamente con los gases del tapón. Por tanto, podemos definir ahora el tiempo que llevaproducirse la mezcla, tmezcla:Una vez pasado el tiempo de la mezcla, pudiera ser que la concentración de gases nocivos tengavalores superiores a los admisibles. Si así fuese, aún se necesita un tiempo adicional de dilucióndurante el cual el continuo aporte de aire bajará los valores de concentración de los gases de lasvoladuras a los valores correctos.
  • 31. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 31CODIGO: 5134003-06Se define por tanto tiempo de dilución, tdilución como:Por tanto, podemos decir que para un caudal dado, para llegar a una concentración de gasesadmisible, se necesitará un tiempo de limpieza:Tiempo de limpieza = Tiempo de mezcla + Tiempo de dilución.Este será el tiempo máximo de espera para entrar al túnel después de la voladura y poderencontrar valores admisibles de las concentraciones de los gases.Se ha supuesto que en el primero de los tiempos se produce una mezcla perfecta de los gases,cosa que no tiene por que ser del todo cierta.Si no se produjese ningún tipo de mezcla, el aire limpio desplazaría al tapón de humos hasta elfinal por lo que el tiempo de limpieza sería solamente el tiempo que hemos calculado comotiempo de mezcla.La realidad será una situación intermedia, por lo que podemos decir que el tiempo de limpiezaserá finalmente:Tiempo de mezcla < Tiempo de limpieza < (Tiempo de mezcla + Tiempo de dilución).
  • 32. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 32CODIGO: 5134003-06V. PÉRDIDAS DE CARGA DE LA INSTALACIÓNA. NATURALEZA DE LAS PÉRDIDAS DE UN CIRCUITO DE VENTILACIÓN SECUNDARIA:Las pérdidas de carga de un circuito de ventilación auxiliar pueden dividirse en pérdidas porfricción, pérdidas singulares y pérdidas por presión dinámica:PÉRDIDAS POR FRICCIÓN:Las pérdidas por fricción son aquellas que se producen en los conductos de paso de aire debidoal rozamiento con las paredes de los mismos, así como al propio rozamiento entre las partículasdel fluido. Estas pérdidas se calculan a partir de la fórmula general de Darcy-Weisbach, queexpresada en términos de presión, tiene la forma siguiente:Dónde: ΔPf es la pérdida de carga del aire debida a fricción [Pa]. ρ es la densidad del aire [kg/m3]. λ es el coeficiente adimensional de fricción del conducto. L es la longitud del conducto en [m]. u es la velocidad del aire en el conducto [m/s]. DH es el diámetro hidráulico del conducto [m].En un circuito de ventilación auxiliar, las pérdidas por fricción de importancia de cara al diseño dela instalación son las de la tubería, siendo las de las galerías del túnel o mina despreciables frentea estas (suponen en general menos de un 1% en relación a las de las tuberías).LAS PÉRDIDAS SINGULARESLas pérdidas singulares son aquellas que se producen cuando el flujo de aire cambia de direccióno el conducto cambia de sección. Estas pérdidas se calculan como un porcentaje sobre la presióndinámica del fluido calculada en el punto singular:
  • 33. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 33CODIGO: 5134003-06Dónde: ΔPsin es la pérdida de carga del aire [Pa]. ξ, es el coeficiente de pérdida del elemento, obtenido experimentalmente.el resto de parámetros ya han sido definidos.En un circuito de ventilación auxiliar, esto ocurre en elementos como codos, cambios dediámetro de la tubería, puntos de bifurcación de la tubería, rejillas de protección de tubería oventilador, etc.La única dificultad del cálculo de estas pérdidas está en usar una correcta estimación del factor C.Es mucha la literatura, basada principalmente en ensayos experimentales, que se ocupan de estalabor. Sin embargo, con el fin de proponer valores de referencia para las geometrías más usualesque podemos encontrarnos en un circuito de ventilación secundaria, pueden aceptarse losvalores propuestos en la norma SIA 196 (1998), norma de referencia a nivel mundial en cuanto aventilación en fondo de saco se refiere.Las geometrías de elementos singulares y valores recomendados para el factor C, son lassiguientes: Ensanchamiento de la secciónPuede observarse en este caso como la pérdida disminuirá fuertemente si la diferencia desección disminuye. Estrechamiento de la secciónAl igual que en el caso anterior, si la diferencia de secciones es pequeña, el factor y por tanto lapérdida de carga disminuirá.
  • 34. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 34CODIGO: 5134003-06 Codos de formados por círculos concéntricosEn este caso, una disminución del radio de curvatura provocará un brusco aumento del factor depérdida, mientras que dicho factor varía proporcionalmente con el ángulo del codo, siempre ycuando las condiciones de radio medio y diámetro de conducto se mantengan. Codos formados por segmentos rectosLa tabla anterior es válida para segmentos de longitud al menos igual al diámetro de la tubería.Las pérdidas de carga disminuirán cuantos más largos sean dichos segmentos. Derivaciones de caudalLa pérdida de carga en la parte recta del conducto es relativamente pequeña, mientras que en laramificación esta depende mucho del reparto de caudales y el ángulo de derivación.
  • 35. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 35CODIGO: 5134003-06 Bifurcaciones Juntas de caudal (tuberías aspirantes)En este caso, los signos negativos en el factor de pérdida C, significan que para un reparto decaudal como el que se indica, la rama a que corresponde el factor negativo se beneficia delefecto de succión provocado por la otra rama, que aporta un caudal mucho mayor.
  • 36. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 36CODIGO: 5134003-06 Rejillas de protección.Las pérdidas de carga debidas a una rejilla dependen fundamentalmente de la sección neta de lamisma.Definimos el factor a como:En función de este factor se proponen los valores de Ϛ, dados en la siguiente tabla:Las rejillas usualmente usadas para protección de las instalaciones en ventilación secundariasuelen tener un 90% o más de factor a, por lo que son frecuentes factores de 0.5 o inferiores.Hemos de tener en cuenta en este caso, que al calcular la pérdida de carga según (2), lavelocidad del aire será considerada sobre la sección total. Orificios de entradaLos orificios de entrada a conductos también tienen una pérdida de carga.Si la entrada de aire al conducto es a través del ventilador, como es el caso de sistemas contubería soplante, suelen instalarse toberas de admisión para minimizar esta pérdida. En cualquiercaso, esta pérdida puede considerarse como parte de la provocada por el ventilador, ynormalmente será proporcionada por el fabricante una vez conocidas las condiciones de trabajo(presión, caudal, etc).Si la entrada de aire al conducto se produce directamente por la tubería, como es el caso desistemas con tubería aspirante, hemos de tener en cuenta dicha pérdida de carga, debida a quela fuerza de succión proveniente de la tubería provoca una distribución de velocidades nohomogénea en el exterior, como se aprecia en la figura siguiente.
  • 37. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 37CODIGO: 5134003-06En estos casos suele considerarse un factor C, ~ 0.9, que puede ser disminuido de formaimportante si se prepara un dispositivo de admisión adecuado (tipo tobera, etc)LAS PÉRDIDAS POR PRESIÓN DINÁMICAAl final del circuito, usualmente a la salida de la tubería (sistemas soplantes) o la salida delventilador (sistemas aspirantes) se ha de tener en cuenta la presión dinámica con la que el airesale, ya que ésta es una pérdida más. Estas pérdidas no tienen mayor complicación y se calculanpor la fórmula general de la presión dinámica:donde todos los parámetros ya han sido definidos.B. METODOLOGÍA GENERAL PARA EL CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE CARGA:PROBLEMÁTICA DE LAS CONDICIONES REALES. FACTOR DE FUGAS DE UNA TUBERÍA:La ecuación de Darcy-Weisbach tiene un problema fundamental cuando el fluido es aire y seaplica en una tubería real: las fugas.Estas fugas, inicialmente, dependen de las propias características de la tubería, pero ha detenerse en cuenta que estas tuberías están instaladas en un sistema dinámico, es decir, al mismotiempo que se aporta aire están trabajando en el frente, por lo que es muy frecuente que lastuberías se vean deterioradas con el paso del tiempo. De cómo detectar problemas de fugasmasivas debidas al deterioro de la tubería por la maquinaria o método de trabajo hablaremosmás adelante. No obstante, y de cara al cálculo de las pérdidas de carga en la tubería, cabemodelizar las fugas en este apartado.Al producirse las fugas en una tubería se reduce el caudal que pasa por el mismo, y por tanto lavelocidad "u" de paso del aire. Por tanto, según la fórmula de Darcy-Weisbach se producenvariaciones diferenciales de presión. Esto nos lleva a que dicha fórmula no es aplicable para unatubería en su conjunto, sino que debe ser tratada en elementos diferenciales considerando unaley de fugas que tenga en cuenta dichas condiciones.Se define como área relativa de fugas Ar a la relación entre la superficie geométrica de fugas y lasuperficie de perímetro de conducto [m2/m2].Pero de cara a una caracterización de la tubería, no sólo se ha de tener en cuenta esta relaciónde áreas. Al paso del aire por estos agujeros se produce una pérdida singular, con su factor £correspondiente. Por tanto, el parámetro que nos interesa es la denominada superficie de fugaactiva o área específica de fuga f* [mm2/m2], definida como:
  • 38. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 38CODIGO: 5134003-06Normalmente se expresa en mm2de fugas por m2de tubería [mm2/m2]Este parámetro junto con el coeficiente de rozamiento X nos sirve para caracterizar las tuberías.Una clasificación frecuente es la que se muestra en la tabla anterior, que recopila los valores de X(MVS 1992) y f* (Le Roux 1986) más ampliamente usados a nivel mundial.Se consideran tuberías o conductos de la clase S-0 (excelentes) a los que son nuevos, y tienenuna longitud entrejuntas superior a 100 metros. Aunque en principio muchos tipos de tuberíapodrían cumplir estos requisitos, de cara al diseño de una instalación de ventilación secundaria,sólo se considerarán de la clase S-0 los de túneles excavados mediante TBM, ya que se entiendeque no existen razones para un deterioro puntual de las mismas.Los conductos de la clase A-l (muy buenos) son conductos que si bien reúnen las condicionespara ser S-0, existe el riesgo evidente de que puedan deteriorarse en el transcurso de la obra, pormotivos como paso de maquinaria.Las tuberías de la clase B-2 (buenos) son aquellas que si bien reúnen condiciones para ser S-0,existe la certeza de que van a ser deterioradas en la fase de excavación, por ejemplo, cuando seplanea el uso de explosivos en el avance.Se consideran conductos clase C-3 (normales) a los conductos que llevan en servicio un ciertotiempo, reutilizados, y con alguna fuga visible a lo largo del mismo.
  • 39. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 39CODIGO: 5134003-06Por último, son conductos de la clase D-l (malos) los que tienen muchas fugas visibles a los largode los mismos.A pesar de las consideraciones anteriores, cada caso particular debe ser analizadocuidadosamente. En ocasiones, pese a que la excavación del túnel sea con TBM, puede que serealicen labores auxiliares con explosivos. Esto suele ser frecuente cuando tenemos dos túnelesparalelos y entre ambos se proyectan galerías de comunicación para emergencia. En estos casosla experiencia dice que pueden producirse agujeros en la tubería en las cercanías de estasgalerías de emergencia, debido a los materiales proyectados por la voladura.Este tipo de cosas ha de tenerse muy en cuenta tanto en el diseño como en las labores demantenimiento, y por tanto, hacemos hincapié en que cada proyecto es diferente y debe serestudiado en profundidad. No obstante, la experiencia dice que la clasificación anterior, si esusada considerando las particularidades del proyecto, es una buena aproximación a la realidad.ECUACIONES DE BASE Y ALGORITMO DE CÁLCULOTeniendo en cuenta las consideraciones hechas en el apartado anterior, vamos a plantear unmétodo de cálculo a partir del cual se puedan calcular de la forma más exacta posible laspérdidas de carga de un circuito de ventilación en fondo de saco.Para ello, vamos a modelizar un elemento diferencial de tubería en el que nos basaremos para eldesarrollo del algoritmo de cálculo propuesto.Donde A es la sección del elemento diferencial [m2] D es el diámetro del elemento diferencial [m] P es la presión existente inicialmente en el elemento [Pa] ΔP es la variación de presión existente en el elemento [Pa] x es la longitud al inicio del elemento [m] Δx es la longitud del elemento [m] u es la velocidad de flujo a través de la sección A [m/s] v es la componente de la velocidad perpendicular al eje del conducto(causante de las fugas) [m/s]
  • 40. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 40CODIGO: 5134003-06A partir de esta figura podemos obtener una ley de fugas razonando de forma lógica: La cantidadde aire fugado dependerá fuertemente de la diferencia de presión P - P0, donde Po es la presióndinámica de salida del aire fugado. La velocidad "v" de aire fugado a través de los orificios de latubería puede calcularse por medio de la variación de presión a través de los mismos, si tenemosen cuenta como hemos visto, el orificio se comporta como una pérdida singular de factor depérdida £.A medida que avanzamos hacia el final de la tubería, la presión P es menor, y por tanto "v" yconsecuentemente el caudal de fugado también será cada vez menor. Por tanto, es interesanteponer énfasis en reducir las fugas en las cercanías del ventiladorConocida la velocidad v del aire fugado, y estableciendo un balance de masas en el elementodiferencial de tubería de la figura, tenemos que:
  • 41. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 41CODIGO: 5134003-06Si escribimos la ecuación de Darcy-Weisbach de acuerdo a nuestro elemento diferencial detubería, tenemos que:Las ecuaciones representan base para el cálculo de las pérdidas de carga en una tubería. Se tratade un sistema de ecuaciones diferenciales para el que existen soluciones analíticas. Sin embargo,en los tiempos modernos, parece lógico resolver el problema de forma numérica, es decir,planteando un algoritmo iterativo de modo que pueda ser programado y resuelto por unordenador.Para empezar, conviene expresar las ecuaciones en términos de caudal, teniendo en cuenta quela velocidad u es igual al caudal Q dividido entre la sección de la tubería, supuesta redonda. Portanto:La ecuación (cuantifica las fugas producidas en el elemento diferencial de tubería, mientras quela ecuación particulariza la ecuación de Darcy-Weisbach para una tubería redonda.Con esto, el algoritmo de cálculo sería como sigue:1. División de la tubería en un número "n" de elementos diferenciales (tramos de un metroson más que suficientes para nuestros propósitos)2. Presiones y caudales iniciales a considerar.P0: Será la presión de partida de la tubería. En tuberías soplantes, es igual a la presióndinámica (3) de salida de la tubería más la pérdida de los elementos singulares quepuedan estar a la salida de la tubería, como pueden ser un cassette en caso detuneladoras, etc. En tuberías aspirantes, será la pérdida debida a la singularidad deentrada en la tubería.Qo: Será el caudal a aportar o extraer en el frente, calculado como se indica en elapartado dedicado a tal fin.
  • 42. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 42CODIGO: 5134003-063. IteraciónAsí continuaríamos hasta completar la longitud total de la tubería, es decir, cuando x sea igual a"n Δx".Usar un método iterativo para resolver el sistema nos permite conocer que está pasando en cadaparte de la tubería, así como considerar las pérdidas por elementos singulares en el lugar quecorresponde, algo que es imposible de conseguir si utilizamos las soluciones a las ecuacionesdiferenciales de base, ya que desconoceríamos la velocidad de aire que hay en el punto de lasingularidad.Además, este método nos permite dar diferentes propiedades a los distintos elementos de latubería, pudiendo así realizar una mejor simulación de las fugas puntuales por grandes agujeros,las variaciones de diámetro, o cualesquiera otras propiedades de la tubería, dándonos endefinitiva las herramientas para un mejor entendimiento del sistema.ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS QUE INTERVIENEN EN EL CÁLCULO. PUNTOS SENSIBLES.Para lograr el mejor diseño y la optimización de los equipos en una instalación de ventilaciónsecundaria, es necesario conocer los parámetros que intervienen en el cálculo así como suinfluencia en la selección de los equipos adecuados.A modo de ejemplo, podemos imaginarnos un frente de 1000 metros de longitud, con sistemasoplante, y vamos a plantearnos el problema de elegir la tubería adecuada, atendiendo acriterios estrictamente de cálculo, es decir, teniendo en cuenta las variables que influyen en elcálculo de pérdidas de carga.Como hemos visto podemos estimar los valores de X y f* en función del tipo de excavación, porlo que a priori estos son factores sobre los que difícilmente podemos incidir (solo podríamosponer empeño en el mejor mantenimiento posible de la tubería). Consideraremos eneste ejemplo una tubería de clase A-l, es decir un X=0.02 y un f* de 10 mm2 /m2.
  • 43. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 43CODIGO: 5134003-06Por otro lado, el caudal a poner en el frente vendrá determinado por otros criterios, y pese a quehay una cierta flexibilidad, consideraremos a efectos de este ejemplo que es inamovible y de unvalor por ejemplo de 20 m3/s.Si realizamos el cálculo de las pérdidas de carga del circuito para diferentes diámetros de tubería,podemos llegar a resultados esclarecedores. Podemos calcular la potencia necesaria en elventilador como:Donde P es la presión total del sistema [Pa] Q es el caudal obtenido en el ventilador [m3/s] Ƞ es el rendimiento aeráulico del ventilador, que estimaremos en un 75% paraeste ejemplo.Si representamos en una gráfica la potencia de ventilador necesaria frente al diámetro de tuberíautilizada, puede apreciarse cuán importante es la elección del diámetro adecuado.Observando la gráfica, vemos que hay un intervalo de diámetros que no parecen lógicos paraestas condiciones de frente, y sin embargo, a partir de diámetros de 1200mm y mayores, lasvariaciones de potencia son mucho menores. A partir de este momento, la elección del diámetrode tubería a utilizar vendrá dada por alguno de los siguientes criterios: La relación coste del kw de ventilador instalado frente al coste de la tubería. El gálibo libre necesario para el paso de la maquinaria que va a trabajar en el túnel.
  • 44. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 44CODIGO: 5134003-06En el caso de que el gálibo necesario para paso de maquinaria nos obligue a ir a diámetrospequeños, y a priori inadecuados para la instalación existente, puede adoptarse la solución deusar dos líneas independientes de ventilación, de forma que cada una de ellas ponga tan sólo lamitad del caudal necesario en el frente.Esto tiene la desventaja de que duplicamos equipos, pero la pérdida la pérdida de carga esmenor y por tanto en general la potencia instalada es más baja.Como se desprende del análisis de la gráfica anterior, no tendría sentido usar dos líneas paradiámetros relativamente grandes, ya que el ahorro de potencia es relativamente poco encomparación con el coste de duplicar la instalación. Además, hay que tener presente que larazón fundamental de esta variante es el conseguir gálibo suficiente, luego lo lógico sería usareste sistema, cuando sea necesario, con los diámetros más pequeños posibles.Cuando las secciones del túnel son de tipo cuadrado, el sistema de dos líneas esextremadamente útil, ya que ocuparía relativamente el mismo espacio instalar una línea o dos.En caso de secciones clásicas en D o en herradura, es más complicado, y aunque es igualmenteposible, la instalación de dos líneas nos reduce al mismo tiempo el gálibo efectivo.
  • 45. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 45CODIGO: 5134003-06VI. REGLAS DE ORO DE LA VENTILACIÓNA. IMPORTANCIA DEL DIÁMETRO EN LA ELECCIÓN DEL VENTILADOR:El diámetro suele estar limitado por el gálibo de la galería o del túnel, sobre todo cuando susección ha quedado reducida por su convergencia, (caso de minas de carbón) o por el paso demaquinaria de grandes dimensiones a través de los túneles.Hay que definir siempre el diámetro máximo posible, y procurar utilizarlo ya que las ventajas deutilizar diámetros mayores, implica directamente un ahorro en consumo eléctrico inmediato,además de necesitar ventiladores de menor capacidad y de reducir el caudal de fugas, puestoque estos parámetros dependen directamente de la presión del sistema.En caso de que no haya espacio disponible para una tubería de un diámetro concreto, podríaestudiarse la posibilidad de elegir dos tubos con un menor diámetro. Hay fabricantes queofrecen configuraciones de tubería en este sentido, con tuberías ovaladas, dos tuberíastangentes con sustentación común, tuberías "oval lay fíat", etc.La elección del tipo de tubería es esencial. Existen proyectos de ventilación en los que se haahorrado entre un 2% y un 3% del costo del sistema de ventilación, y que finalmente, por lafalta de calidad de la tubería se ha tenido que suspender las labores de avance. Esto finalmenteha tenido un costo muy superior al ahorro inicialB. IMPORTANCIA DEL USO DEL VARIADOR DE FRECUENCIA:En los ventiladores que ventilan fondos de saco de gran longitud, es muy recomendable el usode variadores de frecuencia. En túneles muy largos el caudal que pasa por el ventilador essensiblemente mayor que el requerido en el frente, debido a las mencionadas fugas. A igualdadde condiciones de tubería, estas fugas será mayor cuanto menor sea el diámetro de la tubería,debido a que las presiones de trabajo son muy superiores. Cuando se está en una fase inicial detrabajo, la longitud de tubería no será muy grande por lo que la resistencia aeráulica de lainstalación será más baja. Como consecuencia, el ventilador entregará mucho más aire que elnecesario, que el diseño, pudiendo incluso, en ciertos casos ser un inconveniente.Puesto que el caudal que moviliza un ventilador es proporcional a la velocidad de rotación delmotor, podemos ajustando dicha velocidad entregar en el frente de trabajo el caudal quequeramos para todas las longitudes parciales de avance que tengamos en nuestro túnel.Como es lógico al principio de obra no será necesario que el ventilador funcione a plenorendimiento y con el variador lograremos optimizar la velocidad de dicho ventilador, con elconsiguiente ahorro energético. Este ahorro de energía compensa con creces la inversión deinstalar un variador de frecuencia.
  • 46. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 46CODIGO: 5134003-06Suponemos que la velocidad nominal del motor es n0. Analizaremos la repercusión de utilizar elventilador a otra velocidad ni, tal que: nx * n0La relación de las presiones y de los caudales respecto a la variación de velocidad es:De esta forma podemos deducir que: Si para el 100% de la velocidad del motor tenemos el consumo del 100% de la potenciaen el eje, con sólo bajar un 10% la velocidad, lo que implica bajar un 10% el caudal deaire, estamos consumiendo menos del 73% de la energía, ahorrando más del 27%. Si la reducción de caudal es del 50%, estamos consumiendo el 12.5% de la energía,ahorrando el 87.5% de la potencia en el eje.
  • 47. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 47CODIGO: 5134003-06Por todo esto, es recomendable el uso del variador de frecuencia en este tipo de instalaciones,ya que al principio de las obras al no tener mucha longitud de tubería instalada, la resistenciadel circuito es muy inferior a la resistencia para la que se diseñó el ventilador, por lo que seestará entregando mucho más aire que el que se necesita, incluso llegando a ser molesto.Mediante el uso del variador, ajustamos el caudal del ventilador al caudal de diseñoindependientemente de la longitud que se tenga de tubería, por lo que con esta regulación seestá ahorrando energía.C. IMPORTANCIA DEL NÚMERO DE JUNTAS DE LA TUBERÍAA mayor longitud de cada tramo de tubería, menor número de juntas, menor caudal de fugas,por tanto menor presión necesaria en el ventilador, menor capacidad del ventilador.Por otro lado, la unión entre tramos de tubería ha de ser diseñadas para minimizar las fugas,compatibles con la duración de la instalación.Este punto es mucho más importante en tuberías flexibles reforzadas ya que debido a sumanejo los tramos de tubería son más cortos, por lo que tendrá muchas más juntas que unatubería flexible lisa.
  • 48. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 48CODIGO: 5134003-06VII. DISPOSICIÓN DE LA VENTILACIÓN SECUNDARIA EN EL ENTORNOA. POSICIÓN RELATIVA RESPECTO A LA VENTILACIÓN PRINCIPAL:Para el caso de la minería, en la posición desde la que se realiza la toma de aire para laventilación secundaria, el caudal de aire de ventilación principal que circula debe ser al menos1,3 veces mayor que el caudal que moviliza el ventilador secundario. Con esto se trata de evitarque no se recircule de nuevo parte del aire viciado.Algo parecido ocurre en túneles en los que el ventilador está muy próximo a la boca de entrada yen donde si la velocidad de salida del aire viciado en importante, parte es aspirado por elventilador.B. GÁLIBOS MÁXIMOS:En lo que se refiere a este punto hacer hincapié en que el hecho de ir al diámetro de tuberíamayor posible implicará siempre menor presión en el ventilador, y por tanto, menor cantidad deaire fugado en la instalación, reduciéndose drásticamente la potencia del ventilador. Lalimitación viene dada generalmente por espacio que queda libre en el túnel entre los hastiales ytecho y los vehículos que circulan por él.Es importante tener en cuenta este factor ya que si no respetamos este gálibo, la tubería estarádeteriorándose continuamente al paso de los vehículos.C. TUBERÍAS ESPECIALES OVAL LAY FÍAT / TWIN:Cuando se tiene problemas de gálibo con la tubería y para el caudal que se necesita se necesitaun diámetro más grande, una solución que se adopta es la de utilizar una tubería oval o dostuberías más pequeñas en paralelo.
  • 49. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 49CODIGO: 5134003-06La solución de utilizar tubería ovalada, ha de estudiarse muy bien ya que para la misma secciónde área libre de la tubería que otra circular, ésta tiene más resistencia, si es que lleva membranaseparadora. Por otro lado, si se utiliza para caudales importantes generando presiones altas, latubería sufre en los nervios de unión, por lo que puede acabar rompiendo, sobre todo en losarranques.INSTALACIÓN DE TUBERÍA USADASe procurará que la tubería esté en las mejores condiciones posibles, sobre todo se debencolocar los tramos de tubería en mejor estado y de mayor longitud lo más cerca del ventilador,puesto que de esta manera al tener un orificio equivalente de fugas más bajo, el caudal fugadoserá menor que si está en peor estado, ya que precisamente cuanto más cerca del ventilador seesté, más depresión soportan los tramos.En caso de que la tubería se deteriore mucho durante las voladuras, de manera que dificulte elaporte de aire al frente de trabajo, debido a las proyecciones que se producen, se recomiendausar tubería de sacrificio, de manera que cuando con esta se avance la longitud de un tramo detubería principal, se sustituye la de sacrificio por una en buenas condiciones, avanzando tambiéna su vez la tubería de sacrificio un tramo más para así poder continuar excavando sin deteriorarla línea principal.
  • 50. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 50CODIGO: 5134003-06VIII. CONTROL Y SEGUIMIENTO DE LA VENTILACIÓN SECUNDARIAA. SISTEMÁTICA DE CONTROL:A medida que se va desarrollando los trabajos de avance de un túnel o de una galería, elconducto de ventilación va paulatinamente deteriorándose. Al principio, se tiene menos longitudde tubería, por lo que la presión que se ejerce sobre el conducto es menor, y además la tubería,si no es reutilizada estará en muy buenas condiciones. Con el incremento de tubería paropoder llevar el aire al frente de trabajo, que cada vez estará más lejos del ventilador, tambiénaparecen daños en el conductos debido a proyecciones de voladuras, roturas por el paso demaquinaria, etc.Estos daños, finalmente, se traducen a fugas de aire que no llegará al frente de trabajo, y puestoque la presión en la tubería irá aumentando, ya que también aumentará continuamente lalongitud, las fugas se incrementarán.Será necesario para un correcto control de la instalación, establecer una metodología de controly seguimiento de la evolución de la instalación. El tipo y la velocidad de avance de la obradeterminarán la frecuencia necesaria de tales inspecciones.Se debe, por tanto, establecer un control visual por parte de los encargados de la instalación, conel fin de que se actué lo más rápidamente sobre anomalías como: Roturas en la tubería. Mal estado de uniones y acoples de tubería. Curvas y enredos en la tubería Suspensiones defectuosas Mal estado del cable fiador o cuerda de suspensión Mal funcionamiento de los ventiladores. Distancias apropiadas de la tubería de ventilación respecto al frente de avancey solapes en caso de ventilaciones mixtas.
  • 51. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 51CODIGO: 5134003-06Todos los agujeros y defectos del conducto deben repararse cuanto antes. Un agujero sereparará más fácilmente soldando un parche mediante la soldadora de aire caliente, mientras elconducto está suspendido y con la instalación de ventilación en funcionamiento. Si el agujerotiende a aumentar, hay que coserlo primero con pequeños pedazos de tela o hilo. Convienetener un kit reparador de tubería de ventilación siempre a mano con el fin de optimizar y nodemorar esta tarea.Igualmente, con el objetivo de establecer un control sobre el caudal en el sentido de mantenerlas condiciones de confort adecuadas: Control de caudal en el frente de avance. Control de caudal a la salida del ventilador. Análisis del caudal en el ventilador frente al caudal aportado por la ventilaciónprincipal.B. MEDIDAS DE VELOCIDAD DE AIRE:La velocidad del aire puede medirse en las galerías o directamente en las tuberías de ventilaciónsecundaria. Los dispositivos a utilizar para la medición de velocidad. A continuación vamos aexplicar la forma más adecuada de realizar las medidas.TUBO DE PITOTExisten varios modelos de tubos de Pitot, con boquillas de diferentes diámetros en función deldiámetro del conducto donde se va a realizar la medición:Para la medición con el tubo de Pitot se utilizará el método polar simplificado. Este métodoconsiste, de forma resumida, en seleccionar una sección transversal del conducto y medir en trespuntos (A, ByC) situados en un radio de dicha sección.Estos puntos se encuentran localizados en la intersección del radio de medición con lascircunferencias medias de 3 anillos, de igual área, de acuerdo con la figura siguiente.
  • 52. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 52CODIGO: 5134003-06Para calcular la distancia a la que se encuentran estos puntos, se utilizarán las siguientesfórmulas:Donde: Re: radio del conducto, en m. Sc: sección transversal del conducto, en m2. Sm: sección de cada anillo, en m2. R¡: radio de la circunferencia exterior que delimita un anillo, en m. r¡: radio de la circunferencia central de cada anillo, en m.Una vez calculadas las distancias a las que debe introducirse el tubo de Pitot, se procede a mediren cada punto de medición (A, B y C). Para cada punto se obtiene y se anotan los datos de lapresión estática, dinámica y total, junto con los datos de las condiciones ambientales(temperatura y presión manométrica), diámetro y tipo de tubería, etc.
  • 53. VENTILACIÓN DE MINAS – CATEDRA: ING. FRANCISCO MORALES R. 53CODIGO: 5134003-06Para diámetro grandes de tubería y en caso de requerir una gran precisión, se utiliza mayornúmero de medidas en punto de medición, en ese caso podemos tener 6, 8 o 10 posiciones paracada diámetro de medida. Las posiciones en cada diámetro serán:También hemos de elegir el número de diámetros de medición. Si se necesita medir con granprecisión se ha de elegir más de un diámetro, Como mucho 3 o 4, sobre todo para medicinesdonde hay una gran torsión en el flujo.INGENIERIA DE MINAS – UNTVENTILACION DE MINAS