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“Evaluación y Rediseño del Sistema de Aire Comprimido de la Empresa Minera Aurífera Retamas”

Flores Cruzado Antony Medina Ulloa Fidel Villanueva Pino Jefherson Pablito Diciembre 2016

Universidad Nacional de Trujillo Escuela Académico Profesional de Ingeniería de Minas Servicios Auxiliares en Minería

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Resumen El presente trabajo de investigación está enfocado en la evaluación y rediseño del sistema de aire comprimido de la empresa Minera Aurífera Retamas. Con la finalidad de sustentar adecuadamente el presente investigación se ha realizado la revisión de documentos bibliográficos que contienen información sobre la generación de aire comprimido, tipos de compresión, requerimientos de aire comprimido, distribución en el sistema, fugas y caída de presión a través de la red. Otro punto importante que tratado en este documento es el fundamento teórico donde se describe el requerimiento de ciertos dispositivos que son necesarios para un buen y correcto funcionamiento de una red de aire comprimido; así como también se describe los equipos neumáticos utilizados en la empresa Marsa para su producción diaria. Se hace una evaluación del sistema de aire comprimido, situación actual de la red y la cantidad de equipamiento a ser suministrado por aire comprimido en mina. Para la planificación del rediseño de la estación de aire comprimido partimos de dos variables fundamentales como son la demanda actual de aire comprimido y la presión de trabajo; estas dos variables nos permiten encontrar la presión de diseño de los compresores y la determinación del número de compresoras.

Para la elección correcta del dimensionado de tuberías se da a conocer diversos parámetros importantes y finalmente se da pautas a seguir para tener un ahorro de aire comprimido.

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Abstract The present research work is focused on the evaluation and redesign of the compressed air system of the company Minera Aurífera Retamas. In order to adequately support the present investigation, bibliographic documents containing information about the generation of compressed air, types of compression, compressed air requirements, and distribution in the system, leakage and pressure drop through the network. Another important point that is treated in this document is the theoretical foundation where the requirement of certain devices that are necessary for a good and correct operation of a network of compressed air is described; As well as describing the pneumatic equipment used in the Marsa company for its daily production. An assessment is made of the compressed air system, current network situation and the amount of equipment to be supplied by compressed air in the mine. For the planning of the redesign of the compressed air station we start from two fundamental variables such as the current demand of compressed air and the working pressure; these two variables allow us to find the design pressure of the compressors and the determination of the number of compressors. For the correct choice of piping dimensioning, a number of important parameters are disclosed and finally guidelines are given for saving compressed air.

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Tabla de Contenido Resumen......................................................................................................................................2 Abstract........................................................................................................................................3 Capítulo I.....................................................................................................................................7 Introducción.................................................................................................................................7 Capítulo II....................................................................................................................................8 Generalidades..............................................................................................................................8 2.1 Antecedentes.....................................................................................................................8 2.2 Realidad problemática.......................................................................................................9 3.3 Formulación del problema................................................................................................9 3.4 Justificación......................................................................................................................9 3.4 Objetivos.........................................................................................................................10 3.4.1 Objetivo general.......................................................................................................10 3.4.2 Objetivos específicos...............................................................................................10 3.5 Hipótesis.........................................................................................................................10 Capítulo III.................................................................................................................................11 Fundamento teórico...................................................................................................................11 3.1 Generación de aire comprimido.......................................................................................11 3.1.1

Consumo específico..............................................................................................12

5 3.1.2

Coeficiente de utilización....................................................................................12

3.1.3

Coeficiente de simultaneidad...............................................................................12

3.2

Tipos de compresión....................................................................................................13

3.2.1 Dos principios básicos..............................................................................................13 3.2.2 Compresores de desplazamiento positivo.................................................................13 3.2.3

Compresores de tornillo de doble hélice...............................................................14

3.3 Requerimientos de una red de aire comprimido..............................................................18 3.3.1 Depósito de aire o acumulador.................................................................................19 3.3.2 Secadores o deshumidificadores...............................................................................20 3.3.3 Filtros........................................................................................................................22 3.3.4 Reguladores de presión.............................................................................................23 3.3.5 Lubricadores.............................................................................................................24 3.4 Distribución del aire comprimido....................................................................................25 3.4.1

Tubería principal...................................................................................................25

3.4.2

Tubería de distribución.........................................................................................26

3.4.3

Tubería de conexión..............................................................................................27

3.5 Caída de presión..............................................................................................................27 3.5.1

Caída de presión en la red de tuberías..................................................................28

3.5.2

Reducción de las pérdidas de presión gracias a la tubería correcta......................29

3.6 Medición de fugas............................................................................................................30

6 3.6.1

Pérdidas por fugas.................................................................................................30

3.7 Descripción del equipamiento que utiliza aire comprimido...........................................31 3.7.1 Pala cargadora Eimco 12B.......................................................................................31 3.7.2 Pala cargadora Eimco 21B:.......................................................................................32 3.7.3 Perforadora BBC 16W martillo montado en empujador (roca semidura a dura):....33 3.7.4 Perforadora S250.....................................................................................................34 3.7.5 Perforadora RD285 Sandvik.....................................................................................34 Capitulo IV................................................................................................................................35 Metodología...............................................................................................................................35 4.1 Materiales de Estudio......................................................................................................35 4.1.1 Ubicación del área de estudio...................................................................................35 4.1.2 Reseña histórica........................................................................................................35 4.2 Métodos y Técnicas.........................................................................................................36 4.2.1 Evaluación del sistema de aire comprimido.............................................................36 4.2.2 Equipamiento a ser suministrado por aire comprimido en mina chilcas..................37 4.2.3 Planificación del rediseño de la estación de aire comprimido.................................38 Resultados..................................................................................................................................46 Referencias................................................................................................................................47 Anexos.......................................................................................................................................48

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Capítulo I Introducción La mayoría de las empresas que cuentan con un abastecimiento de aire comprimido desde una planta para poder llevar a cabo sus operaciones, tienen problemas en la distribución del aire comprimido tales como caída de presión, fugas, malas conexiones, etc. Teniendo como consecuencia grandes pérdidas económicas. Las empresas que son un tanto antiguas son las que tienen más problemas en su distribución ya que generalmente no contaban con una planificación adecuada, y se hacía una improvisación al momento de hacer las instalaciones para la distribución del aire. La empresa minera aurífera Retamas S.A. cuenta con una planta de aire comprimido que viene funcionando desde hace mucho tiempo, por lo tanto no es ajeno a los problemas de la red de distribución, sus principales ramales apenas se han modificado en los últimos años, cuenta con una gran pérdida de aire por fugas, necesita de una gran cantidad de energía para poder producir de manera deficiente el aire requerido por las labores mineras. La potencia invertida y desperdiciada en mantener el sistema de distribución es muy elevada por lo que es necesario una actualización de toda la planta, de la red de distribución, de la seguridad, mantenimiento, etc. para alcanzar una eficiencia energética superior a la que presenta en el momento actual. Por lo tanto es necesario hacer un estudio de la planta actual, de la red de distribución y conocer la maquinaria que se utiliza en la mina para poder actualizar la planta, de manera que

8 cubra el abastecimiento por lo menos por lo menos 10 años teniendo en consideración posibles ampliaciones de las labores mineras.

Capítulo II Generalidades 2.1 Antecedentes En sus inicios, la empresa fue inaugurada con una planta de tratamiento de 50 TM/día; con pocos recursos y como consecuencia de un arduo trabajo minero sostenido, de la inquebrantable fe minera de su fundador y de su equipo de colaboradores, se logró el crecimiento y desarrollo de Marsa; contando la empresa hoy en día con una planta de 1800 TM/día de capacidad instalada. El sistema de aire comprimido de la casa de compresoras las Chilcas, a julio del 2011, dispone de doce (12) compresores eléctricos de tipo tornillo, de una etapa, marca Ingersoll Rand a condiciones de trabajo de 200 kW (250 Hp), 1813 m3/h (1066 cfm), 7,5 barg (110 psig) y seis (06) compresores diesel de tipo tornillo, de una etapa, marca Ingersoll Rand a condiciones de trabajo de 221 kW (276 HP), 1241 m3/h (730 cfm), 7,5 barg (110 psig). (Mejía, 2012). En el año 2012 David Maximiliano Mejía Gomero, realizó la tesis “Evaluación del Sistema de Aire Comprimido de un Centro Minero Ubicado a 3500 msnm”. Como objetivo principal realizo la evaluación del sistema de aire comprimido de la empresa minera con base a sus futuros aumentos de producción.

9 La casa de compresoras Chilcas debe abastecer de aire comprimido a la mina para ayudar a la ventilación adecuada y al equipamiento utilizado en mina como: perforadoras y palas, cuyo número y características son las siguientes: El número de perforadoras existente en la mina es de 240 unidades, de las cuales 10 son de marca Sandvick y 230 de marca Toyo. Durante un turno de 8 horas deben encontrarse operativas 60 perforadoras (Mejía, 2012). El número de palas existente en la mina es de 40 unidades, de las cuales 35 son de modelo 12B y 5 de modelo 21B. Durante un turno de 8 horas deben encontrarse operativas 8 palas (Mejía, 2012). En la actualidad la empresa Marsa, en su estrategia de cumplir con demandas de producción cada vez mayores y mantener la innovación tecnológica necesita un completo rediseño en todo el sistema de aire comprimido, debido que este es utilizado a diario como fuente de energía en la perforación de rocas. Permite el accionamiento de los equipos neumáticos como las perforadoras y las palas que están en operación. 2.2 Realidad problemática Los compresores y el sistema de distribución que actualmente existe han cumplido su vida útil. Es por esta razón que cuando en las diversas labores que requieren el uso de equipos que hacen uso de aire comprimido, este no abastece completamente, ya que el sistema de aire comprimido actual no permite mantener la presión constante; esto ocasiona molestias y tiempo perdido hasta que se normalice la presión para continuar el trabajo. 3.3 Formulación del problema ¿Qué cantidad de compresores y cuáles son las características de los materiales que se instalarán a fin de tener un balance entre la producción y el consumo de aire comprimido en la empresa minera Marsa?

10 3.4 Justificación En la empresa minera Marsa se utiliza el aire comprimido para el funcionamiento de las diversas maquinas neumáticas; se ha visto que los compresores y su sistema de distribución está mal instalados actualmente, por lo que es necesario ubicar los compresores en una zona estratégica donde se pueda garantizar un correcto funcionamiento. Para lograr esto es necesario seleccionar el tipo de compresor, tuberías y demás accesorios que nos facilite eficiencia y confiabilidad al momento de trabajar. El propósito es seleccionar nuevos compresores, por el alto costo de mantenimiento de los compresores actuales, y además, algunas partes de estos ya no existen en el mercado porque son compresores que tiene muchos años de antigüedad. Todos estos factores mencionados implican una pérdida de tiempo y dinero para la empresa y los técnicos. Es el motivo por el cual es necesario rediseñar el sistema de aire comprimido en la estación de bombeo, con un respectivo análisis costo-beneficio. 3.4 Objetivos 3.4.1 Objetivo general. Evaluación del sistema de aire comprimido actual de la empresa minera, para luego realizar un completo rediseño del sistema teniendo como base el aumento de la producción y la innovación tecnológica que requiere la empresa. 3.4.2 Objetivos específicos. 

Análisis del consumo actual de aire comprimido en todo el sistema.



Diseñar el sistema de aire comprimido.



Dimensionar la sala de compresores.

11 3.5 Hipótesis Lograr tener una estación de compresores acorde con la innovación tecnológica asi como tener un balance entre producción y consumo de aire comprimido y a su vez que permita acceder a un posible aumento de maquinaria neumática en el futuro.

Capítulo III Fundamento teórico Con la finalidad de sustentar adecuadamente la presente investigación se ha realizado análisis de documentos bibliográficos que contienen información sobre los ámbitos a investigar, seleccionando aquellas propuestas teóricas más relevantes que nos ayuden a tener una mejor concepción del proceso de obtención de aire comprimido. 3.1 Generación de aire comprimido Los compresores son los componentes principales de la producción de aire comprimido. Se trata de máquinas impulsoras de aire, gases o vapores, que ejercen influencia sobre las condiciones de presión. Se montan en salas especialmente acondicionadas, aunque el uso cada vez más frecuente de compresores sofisticados y silenciosos da mayor flexibilidad a la instalación. Los propios compresores integran refrigeradores para el aire comprimido y para el aceite refrigerador de la cámara de compresión. Las características fundamentales de un compresor son el caudal suministrado y la presión. La unidad de medida del caudal suministrad (o capacidad del compresor) viene indicada en aire aspirado a presión atmosférica y a temperatura normal, concretamente a 1,013 bares de presión, 20ºC de temperatura y a un 65% de humedad relativa. La nomenclatura utilizada para expresar estas condiciones suele ser la siguiente: N l/min o N m3/min. Es importante destacar que, el

12 caudal suministrado por el compresor debe adaptarse al consumo general de los diferentes elementos de trabajo de la planta. En los catálogos de los compresores, equipos de aire comprimido y herramientas neumáticas, las cantidades generación o consumo de aire suelen referirse a aire libre por minuto. Si no es así, deberá realizarse la conversión para conocer el caudal concreto que circula por la red a la presión de trabajo de la misma. Para determinar la capacidad del compresor necesaria para alimentar una herramienta, máquina o un grupo de accionamientos neumáticos, necesario tener en cuenta los siguientes datos: 3.1.1

Consumo específico.

De refiere al consumo de aire requerido por una herramienta, para el servicio continuo a la presión de trabajo dada por el fabricante. Como se ha comentado anteriormente, este consumo es expresado en aire libre (N l/min o N m3/min). 3.1.2

Coeficiente de utilización.

Margen de operación intermitente o factor de servicio, el cual indica el tiempo en el que el componente está parado. 3.1.3

Coeficiente de simultaneidad.

Promedio de los coeficientes de utilización de cada herramienta neumática utilizada en la industria. Este coeficiente se multiplica por el consumo de aire total de las máquinas, entregando sía el consumo de aire real según el tiempo que cada máquina se está utilizando. Por consiguiente, para determinar la capacidad de los compresores, se partirá del consumo total de la planta, al cual habrá que añadirle un porcentaje por pérdidas de aire admisible por fugas, así como sumarle otro porcentaje adicional para prever posibles ampliaciones.

13 Las presiones obtenidas dependerán del tipo de compresor e incluso de las etapas de compresión. En cualquier caso, y para un uso indust rial medio, en los elementos consumidores es preciso alcanzar una presión mínima garantizada de 6 bares. En el proceso de compresión la temperatura del aire se eleva, lo que supone un aumento del trabajo de compresión. Para evitar en la medida de lo posible ese incremento y mejorar el rendimiento, se realiza el proceso en varias etapas con refrigeración en cada una de ellas. Con ello se consigue, además, elevar el rendimiento volumétrico puesto que la relación de presión disminuye progresivamente en cada etapa. Si, por otra parte, el trabajo se distribuye por igual en cada una de las etapas, la potencia requerida para la compresión será mínima. Logrando que la temperatura del aire que sale del refrigerador intermedio sea igual a la temperatura del aire de aspiración del compresor se consigue una refrigeración intermedia perfecta (Ruiz A, 2011). 3.2

Tipos de compresión 3.2.1 Dos principios básicos.

Existen dos principios genéricos para la compresión de aire (o gas): Compresión dinámica y compresión de desplazamiento positivo. Compresores de desplazamiento positivo incluyen, por ejemplo, compresores reciprocantes (pistón), compresores de tipo orbital (scroll) y diferentes tipos de compresores rotativos (tornillo, diente, etc.). En compresión de desplazamiento positivo, el aire se distribuye en una o más cámaras de compresión, los cuales son cerrados después de su ingreso. Gradualmente disminuye el volumen de cada cámara y el aire se comprime internamente. Cuando la presión ha alcanzado la relación de diseño, una válvula se abre y el aire se descarga en el sistema de salida debido a la continua reducción del volumen de la cámara de compresión. En compresión dinámica, el aire se distribuye entre los módulos en un propulsor de compresión de rápida rotación y se acelera a una velocidad alta. El gas es luego descargado a

14 través de un difusor, donde la energía cinética se transforma en presión estática. La mayoría de compresores dinámicos son turbocompresores con un patrón de flujo axial o radial. Todos están diseñados para caudales de gran volumen (Ruiz A, 2011). 3.2.2 Compresores de desplazamiento positivo. Una bomba de bicicleta es la forma más simple de un compresor de desplazamiento positivo, donde el aire se distribuye en un cilindro y es comprimido por un pistón móvil. El compresor de pistón tiene el mismo principio de funcionamiento y utiliza un pistón, cuyo movimiento hacia adelante y hacia atrás se logra mediante una biela y una rotación del cigüeñal. Si sólo se utiliza uno de los lados del pistón de compresión se denomina un compresor de acción simple. Si se utilizan ambos lados del pistón, el compresor es de doble acción. La relación de presión es la relación entre la presión absoluta en los lados de entrada y salida. En consecuencia, una máquina que ingresa aire a presión atmosférica (1 bar (a) y lo comprime a 7 bar tiene una relación de presión de (7 + 1) / 1 = 8. Un compresor de desplazamiento positivo es una máquina con un caudal constante y una presión variable. Un compresor de desplazamiento proporciona una mayor relación de presión incluso a una velocidad baja. Un compresor de desplazamiento encierra un volumen de gas o aire y, a continuación, aumenta la presión por la reducción del volumen cerrado mediante el desplazamiento de uno o más miembros en movimiento (Ruiz A, 2011). 3.2.3

Compresores de tornillo de doble hélice.

El principio de un compresor rotativo de desplazamiento en forma de doble hélice fue desarrollado durante la década de 1930, cuando se requería un compresor rotativo con flujo estable bajo diferentes condiciones de presión y alto caudal.

15 Las partes principales del elemento de tornillo de doble hélice son los rotores machos y hembras, los cuales rotan en direcciones opuestas mientras el volumen entre ellos disminuye. Cada elemento de tornillo tiene una relación fija en su construcción, la relación de presión que depende de su longitud, el tono de la hélice y la forma del puerto de descarga. Para lograr la máxima eficiencia, la proporción de generación de presión debe ser adaptada a la presión de trabajo necesaria. El compresor de tornillo generalmente no está equipado con válvulas y no tiene fuerzas mecánicas que causan desequilibrio. Esto significa que puede trabajar a una velocidad deleje y puede combinar un gran caudal con pequeñas dimensiones exteriores. Una fuerza axial actuando, dependiente de la diferencia de presión entre la entrada y salida, debe superarse por los rodamientos (Ruiz A, 2011). 3.2.3.1 Compresores de tornillo libre de aceite. Los compresores de tornillo gemelos de doble hélice anteriores tenían un perfil de rotor simétrico y no utilizaron ningún líquido refrigerante dentro de la cámara de compresión. Estos fueron llamados compresores de tornillo libre de aceite o seco. Los modernos compresores de alta velocidad, sin aceite tienen perfiles tornillo asimétrica, resultando una insignificante mayor eficiencia energética, debido a la menor pérdida interna. Los engranajes externos más a menudo se utilizan para sincronizar la posición de los rotores de contra rotación. Como los rotores ni entran en contacto entre ellos ni con la carcasa del compresor, la lubricación no es necesaria dentro de la cámara de compresión. En consecuencia, el aire comprimido es completamente libre de aceite. Los rotores y el alojamiento son fabricados con la máxima precisión para minimizar la fuga desde el lado de presión a la entrada. La proporción de generación de presión está limitada por la limitante diferencia de temperatura entre la entrada y la descarga. Esto es debido a que los

16 compresores de tornillo libre de aceite frecuentemente se construyen con varias etapas y con interetapas de enfriamiento para llegar a mayores presiones (Ruiz A, 2011).

Figura 1: Esquema típico de lubricación por aceite entre los elementos del compresor tipo tornillo.

Figura 2. Compresor tipo tornillo de una etapa lubricado por aceite.

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3.2.3.2 Compresores de tornillo de líquido inyectado. En compresores de tornillo de líquido inyectado, un líquido se inyecta en la cámara de compresión y a menudo en los cojinetes del compresor. Su función es enfriar y lubricar el elemento compresor de piezas en movimiento, enfriar el aire que está siendo comprimido internamente y para reducir la fuga de regreso a la entrada (Ruiz A, 2011). Hoy el aceite es el líquido más comúnmente inyectado debido a sus buenas propiedades de lubricación y de sellado, sin embargo, otros líquidos también se utilizan, por ejemplo, agua o polímeros. Los elementos del compresor de tornillo con inyección de líquido pueden ser fabricados para alta relación de presión, una etapa de compresión suele ser suficiente para alcanzar una presión hasta 14 e incluso 17 bar, aunque a expensas de la reducción de la eficiencia energética (Ruiz A, 2011).

Figura 3. Inyección de aceite para compresores de tornillo de líquido inyectado

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Figura 4. Diagrama de flujo de aceite La descarga tiene lugar cuando uno de los rotores abre el puerto de salida y el aire comprimido es forzado a salir de la cámara de compresión. Ambos rotores se sincronizan a través de un conjunto de ruedas dentadas. La relación de presión máxima obtenible con un compresor de engranaje libre de aceite está limitada por la limitante diferencia de temperatura entre la entrada y la descarga. En consecuencia, para presiones altas son necesario varias etapas con refrigeración intermedia. 3.3 Requerimientos de una red de aire comprimido El grado de pureza del aire comprimido puede ser decisivo para el correcto funcionamiento de los dispositivos neumáticos. Los componentes que se utilizan, ya sean válvulas, cilindros, reguladores, etc., hacen que su duración y buen funcionamiento cotidiano dependan de la calidad de dicho fluido. Para obtener un cierto grado de calidad, es preciso dotar al compresor de una serie de elementos que filtren al aire de impurezas, lo enfríen y después liberen de alguna forma el aire que contiene. Estos elementos son:    

Depósito de aire o acumulador. Secadores o deshumidificadores. Purgadores. Filtros, reguladores, lubricadores (FRL).

19 El aire que sale del compresor se enfría con aire o mediante intercambiadores de calor, hasta que, finalmente, un decantador de humedad se encarga de separar el agua que posee. El pequeño porcentaje de aceite que contendrá ese aire no supondrá ningún problema para el funcionamiento de las máquinas, sin embargo, permanecerá cierta cantidad de agua en el mismo que deberá ser evacuada mediante llaves de purga situadas en el fondo de los depósitos y acumuladores intermedios, aparte de colectores de condensación situados en determinados puntos de la red de distribución. Además, en la entrada del fluido hacia las máquinas, se instala un grupo de tamaño reducido que purifica el aire definitivamente, filtrándolo nuevamente y eliminando la humedad que todavía pueda contener aparte de lubricarlo con aceite especialmente preparado para este fin (Ruiz A, 2011). 3.3.1 Depósito de aire o acumulador. Son elementos de almacenaje de aire a presión, situados generalmente entre los compresores y la red de distribución (también pueden situarse acumuladores en la propia red desempeñando la función de “pulmones” ocasionales) para mantener la presión constante en la red en caso de fallar el circuito eléctrico, o bien con objeto de evitar los arranques frecuentes del motor del compresor. Sus funciones son las siguientes:    

Actuar de distanciador de los períodos de regulación. Hacer frente a las demandas punta de caudal sin que se provoquen caídas de presión. Adaptar el caudal de salida del compresor al consumo de aire de la red. Refrigerar el aire contenido en los mismos debido a sus grandes superficies. Esto genera que se desprenda una parte de la humedad en forma de agua. Por ello, se instalan en zonas protegidas del sol y perfectamente ventiladas. Llevan en su parte inferior una llave de purga que permite la evacuación de esa agua condensada.

20 Cuentan con los siguientes accesorios: válvula de seguridad, capaz de evacuar el 110% del caudal del compresor, manómetro, purgas y abertura para limpieza.

Figura 5. Esquema de un depósito de aire comprimido El tamaño de los depósitos depende de la capacidad de los compresores y del consumo general de la planta. Deberá tenerse en cuenta un cierto margen por posibles ampliaciones. 3.3.2 Secadores o deshumidificadores. Los secadores son equipos destinados a tratar el aire o los gases comprimidos, para reducir en ellos su contenido de vapor de agua, disminuyendo el punto de rocío del aire comprimido hasta un nivel suficiente para que la humedad y el vapor de aceite queden reducidos antes de su entrada en las redes de distribución, n o debiendo existir condensación de agua en los puestos de utilización. El secador es la última etapa en el proceso de secado del aire, éste posee las siguientes ventajas:  

Punto de rocío constante, independiente de la carga Costo de la instalación de la red de aire comprimid o se reduce a un 30% Los secadores utilizados en la instalación estudiad a en el presente proyecto son

refrigeradores, basados en el principio de reducción de la temperatura hasta el punto de rocío.

21 La temperatura del punto de rocío es aquella a la que hay que enfriar un gas para lograr la condensación del vapor de agua contenido en él. El aire comprimido entra en el secador pasando primero por el intercambiador de calor de aire-aire, en donde se enfría mediante aire seco y frío.

22 El condensado de aceite y agua se evacúa del intercambiador a través del separador.

23 Figura 6. Esquema de un secador refrigerador Tras haberse preenfriado, el aire comprimido pasa a través del grupo frigorífico (vaporizador) y se enfría más hasta una temperatura ligeramente superior a los 0ºC. En este proceso se eliminan por segunda vez el agua y el aceite condensados (Ruiz A, 2011). 3.3.3 Filtros. Se encargan de extraer del aire comprimido circulante todas las impurezas y el agua condensada. En la figura 7 se muestra el esquema interno de un filtro. Para entrar en el recipiente (1), el aire comprimido debe atravesar la chapa deflectora (2) provista de ranuras directrices. Como consecuencia se somete a un movimiento de rotación. Los componentes líquidos y las partículas grandes de suciedad se desprenden por el efecto de la fuerza centrífuga y se acumulan en la parte inferior del recipiente. En el filtro sintetizado (4) sigue la depuración del aire comprimido. Dicho filtro (4) separa otras partículas de suciedad. Debe ser sustituido o limpiado de vez en cuando, según el grado de suciedad que posea el aire comprimido. El aire comprimido limpio pasa entonces por el regulador de presión y llega a la unidad de lubricación y de aquí a los consumidores. La condensación acumulada en la parte inferior del recipiente (1) se deberá vaciar antes de que alcance la altura máxima admisible, a través del tornillo de purga (3). Si la cantidad que se condensa es grande, conviene montar una purga automática de agua (Ruiz A, 2011).

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Figura 7. Esquema de un filtro 3.3.4 Reguladores de presión. Toda la instalación neumática dispone de una presión de trabajo óptima distinta a la existente en la red y generalmente más baja. Presiones de trabajo muy altas, producen grandes pérdidas de carga y un desgaste elevado de los componentes; mientras que trabajando con presiones bajas, el rendimiento obtenido es malo. Para regular dicha presión existen reguladores de diversos tipos entre los que destacan los siguientes: De diafragma: El aire que llega del orificio de entrada, se bloquea o se deja pasar por un obturador cuya apertura o cierre se consigue a través de un vástago mandado por un diafragma en equilibrio entre dos fuerzas.

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Figura 8. Regulador de presión De pistón: es una variante del caso anterior. Un pistón en vez de una membrana está en equilibrio entre las dos fuerzas superior e inferior. El funcionamiento del regulador de presión depende del equilibrio que la presión del aire ejerce sobre una membrana sujeta a la acción de dos resortes contrapuestos. En todas las regulaciones de presión, cuando aumenta la demanda de caudal, aquella disminuye. La diferencia entre la presión regulada al principio y la que efectivamente obtenemos, se llama caída del regulador. 3.3.5 Lubricadores. Dado que las automatizaciones neumáticas se realizan con componentes (cilindros, válvulas, etc.) que tienen órganos mecánicos en movimiento y que, por tanto, están sujetos a rozamiento, es necesario proceder a la lubrificación n de los mismos. Para evitar la lubrificación manual y periódica de dichos componentes, es preferible realizar la misma mediante el aire comprimido que produce el movimiento de dichos componentes.

26 Para ello, es necesario disponer de aparatos lubricadores con el fin de añadir al aire una cierta cantidad de aceite en forma de gotitas que puedan ser transportadas una distancia lo más larga posible por el flujo de aire.

Figura 9. Esquema de un lubricador En los lubricadores de niebla se genera un goteo de unas 8-9 gotas de aceite por metro cúbico de aire y se requiere utilizar aceites poco viscosos de 3º a 4º E a 20 ºC. Como en los filtros, también en los lubricadores el caudal depende de la caída de presión existente entre la entrada y la aplicación. 3.4 Distribución del aire comprimido 3.4.1

Tubería principal.

La tubería principal es la que une el depósito de aire comprimido con el centro principal de consumo. Este sector debe contar siempre con reservas suficientes para posibles ampliaciones (Kaeser, Manual de Aire Comprimido).

27 3.4.2

Tubería de distribución.

La tubería de distribución reparte el aire comprimido dentro de una red de puntos de consumo. Puede tratarse de una tubería recta o anular o bien de una anular con tuberías rectas integradas (Distribución mallada) (Kaeser, Manual de Aire Comprimido). 

Distribución en anillo: Las tuberías anulares tienen la ventaja de permitir secciones pequeñas. Pueden dimensionarse

para la mitad del flujo volumétrico con la mitad de longitud nominal. Para su instalación es importante:  Prever posibilidades de corte selectivo  Instalar tramos intermedios para variaciones de presión demasiado altas.

Figura 10. 

Distribución en anillo

Distribución mallada: Son aquellos sistemas anulares en los que se instalan tuberías transversales o longitudinales

adicionales a la tubería de distribución. Las ventajas son las mismas que las de un sistema anular. En estos sistemas es fácil cortar el paso de aire a los distintos sectores.

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Figura 11. 

Distribución mallada

Tubería recta: Este tipo de tuberías tiene la ventaja de que el gasto en materiales es menor. Para su instalación es importante:  Mayores diámetros de tubería que en los sistemas anulares Ampliar a sistema anular en caso de ∆p demasiado altas. 3.4.3

Tubería de conexión.

Estas tuberías forman la conexión entre la tubería de distribución y el punto de consumo. El empalme de la tubería de conexión a la de distribución deberá realizarse en sentido ascendente, sobre todo si se trata de una red de aire comprimido húmeda, para evitar que el aire arrastre el condensado.

29 3.5 Caída de presión La experiencia en la práctica demuestra que los sistemas de distribución del 80 % de las empresas son el punto más débil del sistema de aire comprimido. Por esa razón, la distribución del aire precisa una cualificación equivalente a la exigida para instalar una red de distribución eléctrica, tarea que siempre se deja en manos de especialistas debido a su potencial de peligrosidad. En el caso de los sistemas de distribución de aire comprimido, por el contrario, se ha venido improvisando en muchos de los casos, sobre todo en el pasado (Kaeser, Manual de Aire Comprimido). Los puntos más importantes en la planificación son el flujo volumétrico y la pérdida admisible de presión. La caída de presión en medios líquidos y gaseosos en los sistemas de tuberías es consecuencia del rozamiento interno. La acción dinámica de la fuerza entre las moléculas y el rozamiento del medio con las paredes internas de la tubería hacen que se produzca una pérdida de energía que se manifiesta como una pérdida de presión. Además del medio que forma la corriente, hay que tener en cuenta otros factores para la caída de presión:      

Dimensionado demasiado reducido de las tuberías de aire comprimido. Trayectoria no lineal de las tuberías. Conexiones y empalmes de las tuberías. Turbulencias (número de Reynolds alto). Tuberías muy largas. Superficie interna de rugosa las tuberías. 3.5.1 Caída de presión en la red de tuberías. En las redes de aire comprimido bien diseñadas se cuenta con una caída de presión de 0,1 bar

en la red de tuberías.    

Tubería principal 0,03 bar Tubería de distribución 0,03 bar Tubería de conexión 0,04 bar Secador frigorífico 0,2 bar

30 

Unidad de mantenimiento y manguera 0,5 bar. (Kaeser, Manual de Aire Comprimido). Caída máxima de presión en la red de tuberías < 1,5 % de la presión de servicio 3.5.2 Reducción de las pérdidas de presión gracias a la tubería correcta. Cada consumidor de aire comprimido precisa una presión de flujo o de servicio concreta.

Debido a las pérdidas, esta presión será menor que la presión estática que se da en el consumidor cuando está inactivo. Si la presión de flujo es demasiado baja (debido a secciones de tubería demasiado pequeñas, por ejemplo), el rendimiento de la herramienta sufre una disminución. Una presión excesiva dispara los costos de energía, además de acortar la vida de las máquinas y herramientas neumáticas (Kaeser, Manual de Aire Comprimido).       

A B C D E F G

= Válvula de cierre (recomendada válvula de bola) = Filtro (separación de agua y óxido) = Reductor de presión (presión de servicio constante) = Lubricador (normalmente, lubricador por neblina) = Acople rápido (flexibilidad) = Manguera (longitud 3-5 m) = Contrapeso (facilita el trabajo)

Figura 12. Esquema de una conexión correcta

31 3.6 Medición de fugas 3.6.1

Pérdidas por fugas.

Las fugas son especialmente perjudiciales en la distribución del aire comprimido. Pueden aparecer en cualquier parte del sistema. Las pérdidas de presión se producen con frecuencia en los puntos de acoplamiento, pero también se sufren pérdidas importantes por mangueras de caucho dañadas o en las válvulas de cierre. Las pérdidas por fugas hacen subir los costes de producción del aire comprimido o empeoran el rendimiento de los aparatos consumidores. Es importante recordar que las fugas son “trabajadoras aplicadas”, que no respetan el final de la jornada, ni los días festivos ni las vacaciones, y “rinden” 8.760 h de servicio al año. El aire comprimido debe transportarse desde la estación de compresores hasta el punto de consumo sin sufrir reducciones de caudal (fugas), originando así el coste más bajo posible. En la siguiente tabla se muestra una visión general de los costes y las pérdidas de potencia causadas por las pérdidas debidas a fugas (Kaeser, Manual de Aire Comprimido). Tabla 1 Pérdidas por fugas Diámetro del

Consumo de

agujero (mm)

aire a 6 bar

1 2 4 6

(m3/min) 0.065 0.257 1.03 2.31

Precio de la electricidad: 0,10 €/kWh Tiempo de servicio: 8.760 h/año

Perdidas (KW)

Costo anual ($)

0.47 1.85 7.42 16.66

412 1620 6500 14594

32 3.7 Descripción del equipamiento que utiliza aire comprimido 3.7.1 Pala cargadora Eimco 12B.

Figura 13. Pala cargadora 12B Tabla 2. Especificaciones de la pala cargadora 12B A

OVERALL LENGTH

1910MM

B

BODY LENGTH

1080MM

C

MACHINE HEIGTH

1240MM

D

OVERAL HEIGTH

1970MM

E

DISCHARGE HEIGTH

1240MM

F

DISCHARGE LENGTH

450MM

MACHINE WIDTH

670MM

MACHINE WIDTH STEP PLATE

920MM

CLEAN UP WIDTH

1880MM

TRACK GUAGE

457-915 MM

TOTAL MASS

1950 KG

BUCKET CAPACITY

0.13 cu met

LOADING CYCLE

6 seconds

MOTORS

2’ MOD 200

AIR CONSUMTION

7.08 cu met/m/min

AIR PRESSURE RANGE

483-86 Kpa

AIR HOSE DIAMATER

38-50mm

33 3.7.2 Pala cargadora Eimco 21B:

Figura 14. Pala cargadora 21B Tabla 3. Especificaciones de la pala cargadora 21B A

OVERALL LENGTH

2280MM

B

BODY LENGTH

1310MM

C

MACHINE HEIGTH

1490MM

D

OVERAL HEIGTH

2350MM

E

DISCHARGE HEIGTH

1390MM

F

DISCHARGE LENGTH

440MM

MACHINE WIDTH

970MM

MACHINE WIDTH STEP

1100MM

PLATE CLEAN UP WIDTH

2360MM

TRACK GUAGE

610-915MM

TOTAL MASS

3275KG

BUCKET CAPACITY

0.3 cu met

LOADING CYCLE

7 seconds

LOADING CAPACITY

1.4 cu met/min

MOTORS

2’ MOD 200

AIR CONSUMTION

8-9 cu met/m/min

AIR PRESSURE RANGE

483-860 Kpa

AIR HOSE DIAMATER

50mm

34 3.7.3 Perforadora BBC 16W martillo montado en empujador (roca semidura a dura):

Figura 15. Perforadora manual BBC 

Información del producto Los martillos de Atlas Copco montados en empujador y con barrido por aguas están diseñados

para el avance de galerías y túneles de pequeña sección transversal. Estos martillos de eficacia perforada son conocidos por su alto rendimiento y fiabilidad. Están concebidos para su utilización en el rango de diámetros de barreno de 27 a 41 mm (1-15/8 pulgadas) con buje de rotación hexagonal de 22 (7/8) de forma estándar. Cuando se usan las brocas de botones cónicas. Atlas Copco, la velocidad de penetración mejora en un 25 - 50% comparando con las barrenas integrales convencionales y duran de tres a cinco veces más. Este versátil martillo se puede usar en una amplia gama de aplicaciones. Tiene un robusto mecanismo de rotación por barra rifle, una gran longitud de carrera y una velocidad de penetración. 



Características y ventajas  Martillo de uso general, adecuado para la mayoría de las aplicaciones de perforación en roca semidura a dura  gran longitud de carrera, buena velocidad de penetración  Robusto mecanismo de rotación por barra rifle  control del empujador situado en el cuerpo trasero del martillo Aplicaciones

35  Perforación de producción  Minería y construcción  Canteras de bloques 3.7.4 Perforadora S250.

Figura 16. Perforadora S250

3.7.5 Perforadora RD285 Sandvik

Figura 17. Perforadora RD285

36

Capitulo IV Metodología 4.1 Materiales de Estudio 4.1.1 Ubicación del área de estudio. La empresa Minera Aurífera Retamas S.A, está ubicada a 3800 metros sobre el nivel del mar en el anexo de Llacuabamba, distrito de Parcoy, provincia de Pataz, departamento de La Libertad; en el flanco oeste de la Cordillera de los Andes. 4.1.2 Reseña histórica. Minera Aurífera Retamas S.A. es una empresa de minería subterránea de capital íntegramente peruano. El yacimiento conocido como "Cerro El Gigante", que viene siendo explorado y explotado sostenidamente hace 30 años se encuentra ubicado en el "Batolito de Pataz", que forma parte del complejo geológico del Marañón, rico en concentraciones de oro y plata. Marsa fue fundada en 1981 por don Andrés Marsano Porras.

37 Figura 18. Vista panorámica de la Minera Aurífera Retamas S.A. En sus inicios, la empresa fue inaugurada con una planta de tratamiento de 50TM/día; con pocos recursos y como consecuencia de un arduo trabajo minero sostenido, de la inquebrantable fe minera de su fundador y de su equipo de colaboradores, se logró el crecimiento y desarrollo de Marsa; contando la empresa hoy en día con una planta de 1800TM/día de capacidad instalada. Marsa es hoy en día una empresa moderna, eficiente, respetuosa de su entorno, que da trabajo a más de 3500 personas y que tiene un alto compromiso de responsabilidad social y ambiental.

Figura 19. Personal de la Minera Aurífera Retamas S.A. 4.2 Métodos y Técnicas 4.2.1 Evaluación del sistema de aire comprimido 4.2.1.1 Situación actual de la red. La red de aire comprimido en todo el sistema de distribución se trata de una red antigua cuyos ramales principales no se han modificado apenas en estos años. El nivel de pérdidas de aire por

38 fugas es elevado, como suele corresponder a este tipo de industrias con cierta antigüedad. Por otra parte, y puesto que se trata de una factoría de producción de maquinaria de gran magnitud, su consumo de aire alcanza valores considerables y requiere un sistema de generación muy robusto para abastecer la demanda. Por todo ello, la potencia invertida y desperdiciada en mantener dicha red en funcionamiento será tan elevada que requerirá una actualización a fondo en cuanto a su situación y distribución, así como una optimización del sistema y de las condiciones de seguridad, mantenimiento, control, etc. para alcanzar una eficiencia energética superior a la que presenta en el momento actual. 4.2.2 Equipamiento a ser suministrado por aire comprimido en mina chilcas. La casa de compresoras Chilcas debe abastecer de aire comprimido a la mina para ayudar a la ventilación adecuada y al equipamiento utilizado en mina como: perforadoras y palas, cuyo número y características son las siguientes: El número de perforadoras existente en la mina es de 240 unidades, de las cuales 10 son de marca Sandvick y 230 de marca Toyo. Durante un turno de 8 horas deben encontrarse operativas 60 perforadoras. El número de palas existente en la mina es de 40 unidades, de las cuales 35 son de modelo 12B y 5 de modelo 21B. Durante un turno de 8 horas deben encontrarse operativas 8 palas. 4.2.2.1 Requerimiento de aire comprimido. El requerimiento de aire comprimido para un turno de 8 horas es el siguiente

39

Tabla 4: requerimiento de aire comprimido de la maquinaria de la mina Cantida d

Equipo

F. De correcci ón

F. Simultane idad

Consum o de aire (m3/h)

Presión

Consumo total de aire m3/h

6

Pala cargadora 12B

1.4

0.8

480

90 psig

3225.6

2

Pala cargadora 21B

1.4

0.9

540

90 psig

1360.8

25

Perforadora BBC 16W

1.4

0.56

21.6

90 psig

423.36

20

Perforadora S250

1.4

0.58

264

90 psig

4287.36

15

Perforadora RD285

1.4

0.63

210

90 psig

2778.3

2

Comp. Para ventilación

1.4

0.9

1806

90 psig

4551.12

Total de consumo

16626.54

El factor de seguridad, por concepto de pérdidas, se encuentra en el 10% y 20%, se elegirá un 15% con lo que la necesidad de aire comprimido será de: 19120.521 m3/h 4.2.3 Planificación del rediseño de la estación de aire comprimido. 4.2.3.1 Demanda actual de aire comprimido. Para planificar el rediseño de la estación de compresores, la base es el análisis cuidadoso de la demanda de aire comprimido, este valor es de 19120.521 m3/h, el cual se ha obtenido en el requerimiento de aire comprimido de 8 horas adicionando un 15% por seguridad. 4.2.3.2 Establecimiento de la presión de trabajo. La presión de trabajo requerida de cada uno de los equipos que consumen aire comprimido es establecida usualmente según las especificaciones del fabricante marcadas en los equipos. De

40 mayor significado es la presión de trabajo mínima especificada, en nuestro caso es 90 psig, y a esta deben ser sumadas las pérdidas de presión que se esperan en el sistema por la tubería de distribución y los dispositivos de tratamiento de aire como secadores y filtros. Esta presión debe ser garantizada en la salida del tanque de almacenamiento para asegurar, incluso bajo circunstancias desfavorables, los consumidores de aire siempre reciban el suministro que necesitan. La presión máxima del compresor es determinada entonces sumando el diferencial de control (Kaeser, Manual de Aire Comprimido). 4.2.3.3 Presión de diseño de los compresores. Para calcular la máxima presión de diseño de los compresores se debe tener en cuenta lo siguiente: A la presión requerida mínima, se le suma la caída de presión a través de la red de distribución, los componentes del sistema de aire, la misma estación y el diferencial de conmutación (Kaeser, Manual de Aire Comprimido).

Figura 20. Determinación de la presión de diseño máxima del compresor (Kaeser, Manual de Aire Comprimido). Los siguientes valores pueden ser tomados como guía al calcular la caída de presión 1: ≤ 0.1 bar

41 2: Secador refrigerativo ≤ 0.2 bar 2: Secador desecante ≤ 0.8 bar (Incluye filtros) 2: Filtros FE/FF ≤ 0.6 bar 2: Filtros FB/FC/FD ≤ 0.6 bar 2: Filtros FG ≤ 0.2 bar 2: Filtros FST ≤ 0.2 bar 3: ≤ 0.05 bar 4: ≤ 0.2 hasta 2 bar dependiendo del tipo Entonces para calcular la presión de diseño máxima de compresores tomamos como base la presión de trabajo y a esta adicionamos los máximos valores para la caída de presión: ������� �� ����ñ� �� ����������� = 90 ��� + 1.45��� + 11.6��� + 0.72��� + 2.9��� = 106.67��� 4.2.3.4 Determinación del número de compresoras. Al consumo total de aire comprimido aumentamos un 15% para un posible aumento de maquinaria neumática en el futuro, entonces obtenemos un total de 21988.5992 m3/h. Teniendo como base el valor obtenido anterior, calculamos el número de compresoras a instalar. Tabla 5: Determinación del número de compresores Determinación del número de compresores Potencia nominal

Flujo (m3/h/cfm)

KW/HP 200/250

1806/1066

Flujo total (m3/h) 21988.5992

N° de compresores 12.1753041

42 4.2.3.4 Dimensionado de las tuberías de aire comprimido. Antes de empezar con cálculos detallados para la determinación del dimensionado de tuberías se debe tener clara una cosa: La causa de las pérdidas de energía en redes viejas de distribución de aire suele ser que se ha ido ampliando la longitud, pero no su sección nominal. Cuando las redes ya existentes se van ampliando al tiempo que se les conectan cada vez más consumidores, lo lógico será que las caídas de presión vayan a más. Las tuberías de aire comprimido deben diseñarse de manera que ofrezcan capacidad suficiente incluso en caso de modificaciones en la estructura de producción (Kaeser, Manual de Aire Comprimido).. 4.2.3.4.1 Sección mínima de las tuberías de aire comprimido. Para calcular la sección interna de las tuberías procedemos de las siguientes formas:  Usamos el nomograma de la figura (21) , siendo el procedimiento el siguiente: En primer lugar, marque el punto correcto en los ejes A y B, correspondientes a la longitud de tuberías y al caudal. Una después ambos puntos trazando una línea recta, cuya prolongación cortará el eje C. Luego, marque en los ejes E y G la presión mínima del sistema y la pérdida de presión máxima deseada. La línea recta que une esos dos puntos cortará el eje F. Uniendo finalmente los dos puntos de corte de los ejes C y F con otra recta, cortaremos el eje D en el punto que nos indica la sección correcta para la tubería en cuestión (Kaeser, Manual de Aire Comprimido).

43

Figura 21. Nomograma para calcular la sección de tuberías de aire comprimido

Utilizamos la siguiente expresión:

√

1.6∗10 3∗L∗V 1.85 d= ∆ p∗p s 5

Donde:

D= sección interna de tubería (m).

44 ps = sobrepresión del sistema (Pa). L = longitud nominal (m). V = flujo volumétrico (m3 /s). ∆ p = perdida dde presión (Pa)

Tabla 6: Determinación del número de compresores Determinación de las dimensiones de tuberías Tipo de tuberías

Numero de tuberías

Longitud (m)

Flujo (m3/h)

Diámetro interno de tuberías

Principal

1

1200

21988.5992

300 mm

Distribución

3

500

7329.5331

180 mm

Conexión

68

100

107.7852

50 mm

4.2.3.4.2 Elección de materiales. Todas las redes de aire comprimido tienen que cumplir las siguientes premisas:     

Hermeticidad Protección anticorrosión Alta resistencia a las temperaturas de servicio Alta resistencia a la presión Baja resistencia En la elección del material para las tuberías debemos orientarnos por criterios técnicos.

Además de la hermeticidad de los empalmes y la protección contra corrosión, la resistencia a la presión y a las altas temperaturas son aspectos vitales a tener en cuenta.

45 4.2.3.5 Oportunidades de ahorro. 4.2.3.5.1 Consumo de aire. Mediante el análisis de rutinas y el uso de aire comprimido, pueden encontrarse soluciones para proporcionar una carga más equilibrada en el sistema de aire comprimido. Así puede evitarse la necesidad de producción de flujo de aire mayor para reducir los costos operativos. El consumo no rentable, que generalmente es una consecuencia de fugas, equipos desgastados, procesos que no se ha configurado correctamente o el uso incorrecto de aire comprimido, es mejor rectificado con el incremento de la conciencia general. Dividir el sistema de aire comprimido en las secciones que se pueden separar mediante válvulas de cierre puede servir para reducir el consumo durante la noche y durante los fines de semana. Con frecuencia las fugas pueden equivaler a 10-15% del flujo de producción de aire comprimido. Disminuir la presión por sólo 0,3 bar reduce fugas en un 4%. Si la fuga en una instalación de 100 m3/min es del 12% y la presión se reduce en 0,3 bar, esto representa un ahorro de aproximado de 3 kW (Mejía, 2012). 4.2.3.5.2 Método de regulación. Mediante un sistema moderno de control principal, la planta central de compresor puede operar óptimamente para diferentes situaciones de funcionamiento mientras aumenta la seguridad y disponibilidad. La selección del método adecuado de regulación alienta el ahorro de energía a través de la baja presión del sistema y un mejor grado de utilización, el cual es optimizado para cada máquina de la instalación. Al mismo tiempo aumenta la disponibilidad, reduciendo así el riesgo de inactividad no planificado. También, el control central permite la programación para la reducción de la presión automática en todo el sistema durante la operación por la noche y los fines de semana.

46 El consumo de aire comprimido rara vez es constante, la instalación de compresión debe tener un diseño flexible, utilizando una combinación de compresores. Los compresores pueden operarse con control de velocidad y los compresores de tornillo son especialmente adecuados para ello, como su caudal y su consumo son prácticamente proporcionales a su velocidad (Mejía, 2012). 4.2.3.5.3 La calidad del aire. El aire comprimido de alta calidad reduce la necesidad de mantenimiento, incrementa la fiabilidad de operación del sistema neumático, del sistema de control e instrumentación limitando el desgaste de las máquinas de propulsión de aire. Si el sistema de aire comprimido es concebido en seco, libre de aceite desde el principio, la instalación será menos costosa y más simple, como el sistema de tubería no tiene que estar equipado con un separador de agua. Cuando el aire es seco, no es necesario descargar el aire en la atmósfera para eliminar la condensación. Los drenajes de condensación en el sistema de tubería también no son necesarios, lo que significa menores costos de instalación y mantenimiento. La solución más económica puede obtenerse mediante la instalación de un secador central aire comprimido. La experiencia ha demostrado que la reducción de costos de instalación y mantenimiento de un sistema con aire comprimido seco cubrirá el costo de inversión de los equipos de secado. La rentabilidad es muy alta, incluso cuando el equipo de secado debe agregarse a las instalaciones existentes (Mejía, 2012).

47

Resultados Después de haber realizado el análisis, cálculos e indicaciones se logra tener un sistema de aire comprimido acorde con la innovación tecnológica, así como tener un balance entre producción y consumo de aire comprimido.

48

Referencias Joan23, A. (28 de octubre del 2014), Obtenido de http://joanrolly23.blogspot.pe/2014_10_01_archive.html Kaeser Compresores, A. (16 de julio del 2013) Obtenido de https://es.scribd.com/doc/154140752/Manual-de-Aire-Comprimido-Kaeser Kaeser, T. Técnica de aire comprimido fundamentos y consejos prácticos. Obtenido de http://mx.kaeser.com/Images/P-2010-MX-tcm57-6752.pdf Mejia, D. (2012) Evaluación del sistema de aire comprimido de un centro minero ubicado a 3500 msnm (tesis de postgrado). Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú Marquina, P. P. (1999) Maquinas Mineras Aire comprimido, Obtenido de http://documents.mx/documents/4-aire-comprimido-en-mineria-ingmarquina.html Medellin, A. (23 de enero de 2015), Obtenido de http://medellin.clasicolombia.com/toyo-280-rd-285-sandvik-taladro-integralessandvik-id-19649 Medellin, A. (23 de enero de 2015), Obtenido de http://medellin.evisos.com.co/perforadora-neumatica-percutora-rd285sandvik-toyo-280-id-287477

49

Anexos En los catálogos de los compresores, equipos de aire comprimido y herramientas neumáticas, las cantidades generación o consumo de aire suelen referirse a aire libre por minuto. Si no es así, deberá realizarse la conversión para conocer el caudal concreto que circula por la red a la presión de trabajo de la misma. La relación utilizada es la siguiente: Q = �� • (P + Patm)/Patm Donde:    

Q = caudal de aire libre QP = caudal de aire comprimido a la presión P P = Presión del aire comprimido Patm = Presión atmosférica

Factor de corrección por altura F=

P1 ( P+ P2 ) P2 ( P+ P1 )

Donde:     

V: Volumen de aire aspirado. P1: Presión atmosférica al nivel del mar. P2: Presión atmosférica a una altura h. P: Presión manométrica de aire comprimido entregado F: Factor de corrección para compensar la altura.

Consumo de aire por la maquinaria C =N x Q x F Donde: C: consumo total de aire comprimido en un frente N: número de máquinas neumáticas en un frente Q: caudal de consumo de cada maquina F: factor de corrección para compensar la altura

50

Número Máquina 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Equivalente 1.0 1.8 2.7 3.4 4.1 4.8 5.4 6.0 6.5 7.1 8.1

9.5

Factor de corrección 1.0 0.9 0.9 0.85 0.82 0.80 0.77 0.75 0.73 0.71 0.69 0.67 0.65 0.64 0.63 0.62 0.61 0.60

N° Máqu. 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 34 40 50 75

Equivalente 11.7 11.7

15.18

Tabla A: Factores de simultaneidad para consumo de aire comprimido.

21.4 25.5

Factor de corr. 0.59 0.58 0.58 0.57 0.57 0.56 0.56 0.55 0.55 0.54 0.54 0.53 0.53 0.53 0.52. 0.52 0.51 0.47