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UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”

FACULTA D DE INGENIERIA DE MINAS GEOLOGIA Y METALURGIA ESCUELA DE INGENIERIA DE MINAS CURSO

:

Maquinaria y Equipo minero

Equipos de ventilación

TEMA

:

DOCENTE :

Villareal Salome, Juan Pele

ALUMNO : CODIGO

equipos de ventilación de minas

Caushi Rosas Jhonn :

111.0103.391

HUARAZ – ANCASH 2015

CAPITULO I. Aspectos generales de los ventiladores de minas 1.

Especificaciones genéricas. 1.1. Introducción. Las minas, de nuestros días necesitan un sistema de ventilación que va siendo más complejo cada día. Esto implica la necesidad de conocer con más profundidad el sistema de ventilación, sobre todo el ventilador y todos sus elementos auxiliares que junto con los sistemas de arranque y control forman la parte primordial de dicho sistema, por ello, al igual que es fundamental el manejo de los conocimientos de los sistemas de ventilación y su buena práctica. Este conocimiento nos ayudara a reducir los problemas y sus consecuencias desde el origen. La ventilación de minas tiene el objetivo central del suministro del aire fresco para la respiración de las personas y dilución de

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Equipos de ventilación

polvo y gases producto de las operaciones subterráneas (voladura, extracción, carga y transporte). En estos últimos años han aumentado fuertemente los requerimientos de aire con el objetivo de poder diluir y arrastrar fuera de la mina las fuertes concentraciones de gases tóxicos emitidos por los equipos diesel de alto tonelaje incorporados en forma masiva a las operaciones subterráneas involucrados en los diversos métodos de explotación.

1.2. Objetivo. Suministrar el aire fresco para la respiración de las personas y dilución de polvo y gases producto de las operaciones subterráneas (voladura, extracción, carga y transporte). 1.3. Definición. La ventilación en toda labor minera deberá ser con aire limpio de acuerdo a las necesidades del personal, las maquinarias y para evacuar los gases, humus y polvo suspendido, que afectan la salud del trabajador. Existen diferentes modelos de ventiladores como por ejemplo el modelo más utilizado que es el SERIE VAV – MINERO. Este ventilador es el más utilizado en la industria minera y otras aplicaciones, sus alabes de paso variable pueden ser fácilmente regulados sin necesidad de desmontar el impulsor, su construcción robusta permite manipularlo con seguridad. Se fabrica en una o dos etapas para obtener mayores presiones. CARACTERISTICAS PRINCIPALES Caudal: hasta 330 000 cfm Presión Total: hasta 24" H20 Velocidad: 850 a 3450 RPM MATERIALES

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Equipos de ventilación

Impulsor : Aleación especial de Aluminio con tratamiento térmico Ø18 - 21¼ - 23¼ - 25¼ - 27¼ - 29¼ - 32 - 34 - 36 - 38 - 42¼ - 45 - 48 - 54 60 - 72 pulgadas CARACTERISTICAS ESPECIALES  Elevada resistencia al desgaste por abrasión de sus partes móviles y 

fijas. Rigidez en la carcasa para evitar que se ovale durante los izajes o

maltratos. Sólidos apoyos que soportan las fuerzas inerciales y de vibración. 1.4. Partes de un ventilador de minas.

1.5. Aspectos importantes de la ventilación de minas: Ventilación: En toda labor minera deberá ser con aire limpio de acuerdo a las necesidades del personal, las maquinarias y para evacuar los gases, humus y polvo suspendido, que afectan la salud del trabajador.

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Equipos de ventilación

Todo sistema de ventilación en la actividad minera en cuanto a la calidad de aire debe mantenerse dentro de los límites máximos permisibles siguientes:  

 

Polvo inhalable: 10 mg/m3 Polvo respirable: 3 mg/m3 Oxigeno: mínimo 19.5% y máximo 22.5% Dióxido de carbono: máximo 9000 mg/m3 o 5000 ppm 30000 por un lapso no superior de 15 min.

   

Monóxido de carbono: máximo 29 mg/m3 o 25ppm Metano (NH4): máximo 5000 ppm Hidrogeno sulfurado: máximo 14 mg/m3 o 10 ppm Gases nitrosos (NO2): máximo 7mg/m3. De 3 ppm o 5 ppm

En todas las labores subterráneas se mantendrá una circulación de aire limpio y fresco En cantidad y calidad suficiente de acuerdo al número de personas, con el total de HPs de los equipos con motores de combustión interna. Así como la dilución de los gases permitan contar con 19.5 %- 22.5% de oxígeno, cuando la mina se encuentre a 1500 m.s.n.m. La cantidad mínima de aire por persona será de 3 m3 por min. En otras altitudes será de acuerdo a lo siguiente:   

De 1500 a 3000 mts aumenta en 40%, será igual a 4 m3/min De 3000 a 4000 mts aumenta en 70%, será igual a 5 m3/min. Sobre los 4000 mts aumentara en 100 %, será igual a 6 m3/min

1.6. Rendimiento de los ventiladores.  Los ventiladores Reversibles permiten aprovechar al máximo el sentido de impulsión del aire y la ventilación natural.

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Equipos de ventilación



Especialmente diseñados para tener óptimo rendimiento en

   

ambos sentidos de rotación y resistencia. Permiten tener una óptima eficiencia aerodinámica Sirve para transferir potencia suavemente. Poseen una buena rigidez contra las deformaciones. Está formado por un tubo o barra de acero de formulación

especial aerodinámica. 1.7. Características primordiales.

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 Elevada resistencia al desgaste por abrasión de sus partes móviles y fijas.  Rigidez en la carcasa para evitar que se ovale durante los izajes o

     

2.

maltratos. Sólidos apoyos que soportan las fuerzas inerciales y de vibración. Capacidad. Potencia. Peso liviano. Presenta un sonoro menor de 85 db (A) a 3mts y 45° Tiene un silenciador que disminuye el sonido de la carcasa

Clasificación de los ventiladores de minas  Según el modelo que presentan

Modelo Caudal

AVM-1000-450-12 42000 CFM

Motor trifásico

40 HP-1750 RPM

Diámetro de hélice

Ø 1065 mm.

Tamaño de la carcaza

Ø 1075 mm. (42 ¼”)

Incluye

Rueda Guía Uniformizado de Flujo Pies de Montaje, Desarmable Cono de Succión con Malla Electro soldada de Protección Silenciadores Ø 1273 x 2200 mm. y Ø 1273 x 1100 mm

Modelo Caudal

AVM-500-350-10 4000 CFM

Presión

6” c.a.

Motor

KOHLER (Gasolinera M-8)

Diámetro Hélice

Ø 520 mm.

Tamaño Carcaza

540 x 600 mm.

Modelo

AXITUB-AVM-460-350-10

Caudal

5000 CFM

Motor Trifásico

10 HP-3500 RPM

Diámetro Hélice

Ø 450 mm.

Tamaño Carcaza

460

SERIE VAV - MINERO Este ventilador es el más utilizado en la industria minera y otras aplicaciones, sus alabes de paso variable pueden ser fácilmente regulados sin necesidad de desmontar el impulsor, su construcción robusta permite manipularlo con seguridad. Se fabrica en una o dos etapas para obtener mayores presiones. Características principales Caudal: hasta 330 000 cfm Presión Total: hasta 24" H20 Velocidad: 850 a 3450 RPM Materiales Impulsor : Aleación especial de Aluminio con tratamiento térmico Ø18 - 21¼ - 23¼ - 25¼ - 27¼ - 29¼ - 32 - 34 - 36 - 38 - 42¼ - 45 - 48 - 54 - 60 - 72 pulgadas. Características especiales Elevada resistencia al desgaste por abrasión de sus partes móviles y fijas. Rigidez en la carcasa para evitar que se ovale durante los izajes o maltratos. Sólidos apoyos que soportan las fuerzas inerciales y de vibración. SERIE VAC - TIPO NEUMÁTICO Ventilador axial de alta tecnología, fabricado especialmente para las labores mineras donde por diversas circunstancias no se dispone de energía eléctrica . Tiene una turbina

interior directa unida a los alabes lo cual permite una mejor transferencia de potencia y una buena eficiencia. Características principales Caudal: hasta 10 000 cfm Presión Total: hasta 5 ½" H20 Velocidad: 125 a 250 cfm a 85 psi Dimensiones Ø407 - 575 mm

 Accesorios para ventiladores mineros 1.

atenuadores de ruido

2.

nariz aerodinámico

3. Mangas de ventilación: Para insuflación ó extracción de aire. 4. compuerta para contrapresión: Accesorios utilizados para evitar el contraflujo de los gases en los ventiladores principales. 5. sensores de vibración / switch: para control y monitoreo de nivel de vibración en los ventiladores. 6. tableros de arranque de ventilador 7. campanas elípticas de alta eficiencia 8. transiciones especiales y/o adaptadores

Nivel de sonido en la Ventilación de minas Reglamento internacional de nivel de sonoro en la ventilación de minas es < 85 db(A) a 3mts y 45° el reglamento indica que los niveles sonoros no deben sobrepasar: -80 decibeles a 3mts y 45°…………. Para 24 horas de trabajo -82 decibeles a 3mts y 45°…………. Para 16 horas de trabajo -85 decibeles a 3mts y 45°…………. Para 8 horas de trabajo

 Silenciadores de paso directo (clase SLCPD) Es un silenciador de paso directo, lo cual permite sin obstrucciones en el área interna, ya que solo lleva un revestido acústico en las paredes y no lleva ningún elemento adicional.  

Este aporta sin aumento considerable de la perdida de carga El modelo de silenciadores más comunes admiten una sobrepresión negativa: de 50 0 mm de c.a (4,905.00 pa=19.69” de c.a) Temperatura de 100 °C

Silenciador clase SLCPD Ventiladores con alojamiento de trampa de sonido: (silenciadores internos en la carcasa) Este diseño es efectivo para reducir el sonido irradiado de la carcasa del ventilador y además no incrementa la perdida de presión estática.

Ventilador de 200,000 cfm Motor de 400 HP

Nivel de sonido: menor a 75 db(A) a 3mts y 45°  Primer ventilador fabricado con alabes en fibra de carbono Con este modelo se reduce las imperfecciones y rugosidades que muestran las aspas convencionales, creando una mejor eficiencia y comportamiento aeraulico. Son capaces de trabajar a temperaturas entre 200 y 400 °C durante 2 horas. Otros equipos de ventilación tenemos:  Ventiladores de chorro-Jets Fans: La forma de ventilación forzada más sencilla es la llamada ventilación longitudinal, en la que la circulación de aire se logra por medio de unos ventiladores colocados directamente en la clave del túnel sobre el tráfico.  Ventilación Auxiliar: Como ventilación auxiliar o secundaria, definimos aquellos sistemas que, haciendo uso de ductos y ventiladores auxiliares, ventilan áreas restringidas de las minas subterráneas, empleando para ello circuitos de alimentación de aire fresco y de evacuación del aire viciado que les proporciona el sistema de ventilación general.  Ventiladores axiales: El ventilador axial de alabes variables tiene una alta eficiencia aerodinámica acorde con los estándares internacionales. Costa de un motor eléctrico para el ahorro de energía.

Características de los ventiladores axiales: R.P.M

Q(CFM)

HP

3450

3000

3.5

Presión de trabajo(pulg.agua)

Diámetro (pulg.)

12

3450 3450 3530 1775

4000 8000 20000 70000

7.5 12 36 75

18 18 28 60

9 7.7 -11 11-13

Cuadro comparativo de ventiladores características Capacidad Eficiencia Velocidad Ruido Costo Tamaño Instalación Sentido de trabajo

centrifugo Alta 60-80% Alta Menor de 100 db Mayor mayor Dificultoso Uno solo

axial alta 70 a 75% Alta Mayor de 120 db Menor Menor Fácil ambos

Accesorios básicos del ventilador axial:      

malla de protección en la succión campana elíptica de succión aerodinámica una o dos ruedas directrices base de anclaje anillos de refuerzo Bridas de acople en cada extremo de la carcasa y en todos los

  

componentes acoplados una caja externa de conexiones eléctricas cáncamos, orejas Acoplamiento rígido para ductos flexibles de ventilación

Mantenimiento: Se llevara un plan regular de mantenimiento preventivo y lubricación programada: 1. flujo de aire: comprobar si hay objetos u obstrucciones 2. impulsor: examine los alabes del impulsor si hay hollín o acumulación de la suciedad. 3. componentes: compruebe todos los pernos de anclaje 4. recubrimientos: revisar las capas de pintura superficiales. 5. eje: comprobar si hay alineación apropiada Rodamientos Pueden ser de bolas o de rodillos dependiendo del trabajo y funcionamiento del equipo.

La grasa de los rodamientos pierde su capacidad de lubricación atraves del tiempo, no en forma repentina. Deberá usarse grasa de alta calidad para rodamiento de bolas y de rodillo como la marca ROKON PREMIUN N°2 Balanceo del ventilador: -no se balancea el equipo cuando está sucio -la máxima vibración permisible para un ventilador nuevo es de 3mm/s.

Ventiladores axiales con tecnología sound trap: SOCIEDAD MINERA

EL BROCAL S.A.A (CERRO DE PASCO - PERU)

4 VENTILADORES REVERSIBLES

VAV-48-26.5

MOTOR MONTO

125 HP (60,000 CFM) 200,000.00 US$

USO

VENTILACION PRINCIPAL INYECTOR-EXTRACTOR

MINERA

LIGA DE ORO (MACHALA)

VENTILADOR AXIAL MINERO

VAV.660-50.2.2

MOTOR

50 HP (20,000 CFM)

MONTO

50,000.00 US$

Ventiladores axiales con tecnología Sound Trap MINERA

CIA-DE MINAS BUENAVENTURA S.A

2 VENTILADORES

VAV-60-26.5

MOTOR

300 HP (150,000 CFM)

PRECIO

200,000.00 ��$

USO

VENTILACION PRINCIPAL

MINERA

DOE RUN PERU S.R.L (COBRISA – PERU)

VENTILADOR

VAV-72-36

MOTOR

400 HP (200,000 CFM)

COSTO

160,000.00 US$

USO

VENTILACION PRINCIPAL EXTRACCION

 Ventilación subterránea:  Ductos flexibles de ventilación subterránea: Es un ducto flexible de ventilación empleado para aplicaciones de respiradero (Descarga de aire). Los rangos comunes de diámetros van de 8” a 154” (200mm - 4,000mm) y en secciones (tramos) desde 5 a 500mts de longitud o según los requerimientos del cliente.



Ductos rígidos de ventilación subterránea:

Se diseñan y fabrican para soportar impacto y altas presiones negativas o positivas y se recomienda para aplicaciones críticas de trabajo. Cuya característica es el bajo peso, alta resistencia a la corrosión y su sencilla instalación.

CAPITULO II.

Análisis de sistema de diseños en la operación de ventilación 1.1. Flujo de aire en Galerías o Ductos P = K C L V² / A Donde P = Pérdida de presión [Pa] K = Factor de fricción [Ns² / m4] C = Perímetro [metros] L = Longitud [m.] V = Velocidad [m / seg.] A = Área [m²] 1.2. Caudal requerido por el número de personas: Q= F x N (m³/ min.) Donde: Q = Caudal total para “n” personas que trabajen en interior mina (m³/ min.) F = Caudal mínimo por persona (3 m³/ min.) N = Número de personas en el lugar.

1.3. Caudal requerido por desprendimiento de gases: Q= 0.23 x q (m³/ min.) Dónde: ♦ Q = Caudal de aire requerido por desprendimiento de gases durante 24 horas ♦ q = volumen de gas que se desprende en la mina durante las 24 horas Reemplazando en la fórmula tendremos: Q = (0,04 x A x100)/ (30 x 0,008) m3/min. Entonces, tendríamos finalmente: Q = 16,67 x A (m3/min) 1.4. Caudal requerido por la producción: Q = 100 * A* a/d*t (m3/min.)

Dónde: Q = Caudal de aire requerido por consumo de explosivo detonado (m3/min.) A = Cantidad de explosivo detonado, equivalente a dinamita 60% (Kg.) a = Volumen de gases generados por cada Kg. de explosivo. a = 0.04 (m³/Kg. de explosivo); valor tomado como norma general d = % de dilución de los gases en la atmósfera, deben ser diluidos a no menos de 0.008 % y se aproxima a 0.01 % t = tiempo de dilución de los gases (minutos); generalmente, este tiempo no es mayor de 30 minutos, cuando se trata de detonaciones corrientes. 1.5 Caudal requerido por equipo Diésel: Q = V x c/y (m3/min.) Dónde: Q = volumen de aire necesario para la ventilación (m3/min) V = volumen de gas de escape producido por el motor (m3/min) c = concentración del componente tóxico, del gas de escape, que se considera en particular (% en volumen) y = concentración máxima, higiénicamente segura, para el componente tóxico que se está considerando (% en volumen).

2.10m

0.3m 0.3m

1.8m 2.1. Volumen roto por guardia. Vrg=a ×h × p+ a ×h × p ×60 Vrg=1.80× 2.10 ×1.30 ×1.6

3

m gdia 2.2. Tonelaje por guardia. Tpg=Vrd × p . e 6 Tpg=7.86 × 2.6 ×10 Tpg=20436 kg TM Tpg=20.436 gdia Vrd=7.86

CAPITULO III. Análisis de los costos de operación mina (limpieza). 1.

Mano de obra. Beneficios sociales de acuerdo a la ley; 67.37% salario perf .=sal min+67.37 ( sal min)=1.6737 ×( sal min) 1.1. Jefe de mina. Salario mínimo 21 US$. salario jm .=1.6737 × 21US $ / gdia salario jm .=35.15 US $ /gdia 1.2. Capataz. Salario mínimo 12 US$. salario cap .=1.6737 × 12US $ / gdia salario cap .=20.08 US $ / gdia 1.3. Supervisor. Salario mínimo 8 US$. salario opm.=1.6737× 8 US $ /gdia salario opm.=13.39US $/ gdia Aporte total en mano de obra 68.62US $/ gdia 2. Implementos de seguridad. Según las normas establecidas, la cotización de los implementos de seguridad es de 1.2789US $/ gdia para el vigilante. 1.2789 US $ costo implem. seguridad= 1 gdia costo implem. seguridad=1.28US $/ gdia Según las normas establecidas, la cotización de los implementos de seguridad es

3.

de 0.83 US $ /gdia para el vigilante. 0.83US $ costo implem. seguridad= 1 gdia costo implem. seguridad=0.83 US $ /gdia Costo total de implemento de seguridad es de 2.11 US $ /gdia Costo de aire comprimido.

De los cálculos anteriores se tiene que el consumo de aire comprimido requerido para la ventilación es; cac=165.42 m3 /min Si 1 m3 =35.29 pies3 Si el precio de aire comprimido es de

0.001US $/ pies

3

Por lo tanto; pies3 0.001US $ × 3 gdia 1 pies cst aire comp=5.84 US $ /gdia cst aire comp=5837.27

1.

ventilador

En la mina Calpa (Arequipa). Se tiene un ventilador marca VAV-60-26.5-1750-II-TS Datos del equipo. Valor del equipo nuevo: 22678 US$ Interés:

1.5 %

Vida útil: 12 meses

1.

Costos de ventilación por guardia.

Costo financiero. vn ( 1+ i )n ×i ( 1+i )n −1 22678 ( 1+0.015 )12 × 0.015 cf = (1+ 0.015 )12−1 US $ 1 mes 1 dia cf =2079.12 × × mes 30 dias 2 gdia cf =69.3US $/dia cf =34.65US $/ gdia 2. Costo de depreciación. vn 22678US $ cd= = vu 12meses US $ 1mes 1 dia cd=1889.83 × × mes 30 dias 2 gdia cd=31.5 US $ / gdia cf =

3. Costo de mantenimiento. cm=

vn 22678 US $ = vu 12 meses

cm=1889.83

US $ 1 mes 1 dia × × mes 30 dias 2 gdia

cm=31.5 US $ /gdia

Costo de propiedad. 66.15 US $ /gdia Costos de equipo: 97.65

US $ /gdia

Costo de otros. cost de otro=10 ( subtotal )=0.1 ×174.22=17.42 US $ /gdia FINALMENTE EL COSTO TOTAL PARA LA VENTILACION SERÁ: Costo total=174.22 US $ /gdia+ 17.42US $ / gdia Costo total :191.64 US $/ gdia

Hacemos las transformaciones correspondientes: Costo total=

191.64 US $ 1 gdia × 1 gdia 460 min

Costo total=0.42 US $ /min

Costo total=

191.64 US $ 1 gdia × 1 gdia 20.436 TM

Costo total=9.38 US $ /TM

CONCLUSIONES: 

El caudal determinado de acuerdo a los reglamentos es de 24000 CFM con lo cual se mejora notablemente la ventilación en dicha galería proyectada viendo indicadores estadísticos, con esto se mejora la disminución de las concentraciones de gases que provienen de los



disparos realizados en las labores de explotación. De esta forma conseguimos aire limpio en el frente con la ventilación mixta para acelerar el minado, se disminuye la temperatura, aumentan las



condiciones de los trabajadores, y por ello aumenta sus rendimientos. Para definir apropiadamente el sistema de ventilación, hay que conocer bien la red de ventilación y su dimensionamiento, el caudal necesario y la presión que se genera en la mina serán los datos primordiales para el dimensionamiento de los equipos, por eso, un buen cálculo de la red de ventilación implica un diseño más adecuado de los ventiladores.