Uso de aire comprimido en piques y chimeneas

Universidad de la Serena Facultad de ingeniera Departamento de Minas

Uso de aire comprimido en piques y chimeneas

.

Alumnos: Diego Barra Muoz.Juan Carvacho Perez.Ignacio Ponce Mondragon.Cristian Hidalgo Soto.

Fecha : 27/10/2014.

ndice

Introduccin:2Desarrollo:

Qu es el aire?3 Principios del aire comprimido4 Componentes bsicos en sistemas de aire comprimido7 Aire comprimido en minera10

Conclusin14Introduccin

La aplicacin de sistemas auxiliares para el desarrollo de galeras verticales est limitada en cuanto a su empleo para ventilar la galera donde se inicia el desarrollo de una chimenea o pique, debido al riesgo que presenta la instalacin de mangas para la ventilacin, ya que por la alta probabilidad de cada de roca estas pueden sufrir daos, los cuales son de alta dificultad de reparacin.Dado lo anterior en reemplazo de los ductos se utiliza aire comprimido, el cual por su alto costo, en relacin a la ventilacin mecanizada, debe limitarse exclusivamente a aquellas aplicaciones donde no es posible utilizar los sistemas auxiliares de ventilacin, se habla en concreto del desarrollo manual de chimeneas o piques inclinados.Por otra parte elaire comprimidose refiere a la tecnologa o aplicacin tcnica que hace uso deairey que ha sido sometido apresinpor medio de uncompresor. En la mayora de aplicaciones, el aire no slo se comprime sino que tambin se deshumidifica y se filtra. El uso del aire comprimido es muy comn en la minera y su uso tiene la ventaja sobre los sistemas hidrulicos de ser ms rpido, aunque es menos preciso en el posicionamiento de los mecanismos y no permite generar mediante su uso fuerzas grandes.Se proceder por tanto a definir conceptos principales al momento de la ventilacin mediante el aire comprimido y principios bsicos que la rigen, se analizaran las situaciones ms convenientes para su uso y las limitantes que pueden perjudicar su aplicacin, adems de otros factores importantes referentes a la implementacin de esta en chimeneas o piques inclinados.

1.- Qu es el aire?

Se define como una sustancia gaseosa, transparente, inodora e inspida que envuelve la Tierra y forma la atmsfera; est constituida principalmente por oxgeno y nitrgeno, y por cantidades variables de argn, vapor de agua y anhdrido carbnico.

Tabla 1: Constituyentes generales del aire y sus concentraciones aproximadas en porcentaje de volumen.

2.- Principios bsicos del aire comprimido

2.1 Presin de un gas. Se define como el cociente entre la fuerza normal y la superficie sobre la que incide, sus unidades de medida generalmente son en pascales.

Imagen 2: Representacin de la presin.2.2 Unidades de medida.La unidad pascal es unidad de fuerza por rea [ sin embargo existen otras unidades que la definen y se utilizan en otras latitudes.

Tabla 2: Unidades que definen la presin del aire.

2.3 Presin atmosfricaEn general la presin atmosfrica es muy importante cuando de aire comprimido en minera se trata, y es que de ella dependen los rendimientos bajo los cuales el equipo trabaje al generarlo, por ello existen una serie de factores que modifican las propiedades de esta, la cual depender de la localizacin, la temperatura ambiental y las condiciones climticas, del momento, cabe destacar que la presin atmosfrica disminuye proporcionalmente con la altura.

Imagen 3: Cambio de la presin en funcin de la altura sobre el nivel del mar.

2.4 Que sucede cuando se comprime un gasAl confinar un gas en un recipiente, el choque de las molculas entre s y con las paredes del recipiente es lo que origina la presin. Al comprimir el gas paulatinamente se aumentar el choque de las partculas, por tener menos rea de accin, aumentando por ende la presin.Rigindonos por las leyes fundamentales de la termodinmica, ese aumento de presin y choque de partculas, trae consigo un aumento de la temperatura y una reduccin del volumen original que ocupa el aire en la atmsfera.

3.- Componentes bsicos en los sistemas de aire comprimido

Los componentes bsicos del sistema de aire comprimido se relacionan con el compresor, que acta como elemento receptor o transformador, otorgando las condiciones necesarias al aire comprimido (presin y caudal) mediante la transformacin en energa potencial de la energa cintica de que es suministrado; con el sistema de distribucin (tuberas, lneas o conductos de distribucin), que estn a cargo del transporte del aire comprimido al tanque de almacenamiento y a los puntos de aplicacin; y con los actuadores y herramientas neumticas, que determinan el consumo del sistema.

Imagen1: Esquema general de generacin de aire comprimido.

Compresores segn su movilidad:A) Compresores Estacionarios: Su uso frecuente es cuando las instalaciones estn destinadas a servir por muchos aos. Las funciones deben haberse calculado y especificado cuidadosamente, ya sea contra vibraciones u otras solicitaciones a las que pudiesen ser expuestas.B) Compresores porttiles: Este tipo de compresores tienen la caracterstica de tener una gran movilidad debido a que todo el conjunto ( motor- compresor) va montado sobre un mismo chass con ruedas, estos compresores se caracterizan por trabajar a velocidades que van de los 1800 a 3900 R.PM.C) Compresores Semiportatiles: Como su nombre lo indica tiene una posicin intermedia con respecto a los ya mencionados, su campo de aplicacin es tambin difcil de establecer en forma categrica, sin embargo, debido a la gran gama de posibilidades que se puede encontrar en la mina, no se descarta. Su instalacin puede ser directamente sobre un suelo arreglado y hacindolo descansar sobre listones de madera, el conjunto compresor-unidad motriz (disel o elctrica) est montado sobre un bastidor metlico, su capacidad puede estar en 650 pie/min. A 585 R.P.M.

Transmisin de aire comprimido:Caeras y material de fabricacin:La transmisin del aire comprimido se realiza por medio de conductos o caeras. El material de fabricacin de las caeras para transmisin del aire es el acero. Sin embargo hoy en da se estn utilizando con xito en trabajos provisorios o temporales la caera de plstico. Adems algunas compaas europeas y americanas han desarrollado un tipo de caeras metlicas bastante ms livianas que la de acero comn y corriente en base de aluminio. La diferencia ms notable en los tipos de caera radica principalmente en el acoplamiento de las uniones. Respecto a las fugas de aire, la unin que da mejores resultados que se aplica mucho en la actualidad en las transmisiones principales y permanentes, es la unin soldada elctricamente, la nica desventaja o problema que existe es la incomodidad que provoca al momento de soldar dentro de la mina.

Mantencin de la red de caeras y control de las fugas de aireLa mantencin de la caera de aire comprimido debe realizarse peridicamente para mantener las fugas de aire reducidas al mnimo. No es posible llegar a tener una red libre en un 100% de escapes debido al tipo de trabajos y condiciones a que est sometida la instalacin. Esto quiere decir que siempre habr prdidas o escapes que son difciles de detectar.La importancia econmica de las filtraciones pesa bastante sobre todo si los escapes son cuantiosos. La utilizacin del aire comprimido es sumamente caro. Filtraciones en la red, por pequeas que sean y ms si son numerosas, pueden alcanzar en ciertos casos valores importantes como por ejemplo un escape de aire por orificio de pulgada es equivalente al consumo de aire de una perforadora de tamao regular (25-28 kgs).Algunas de las causas comunes para el escape de gases son:1) En las uniones de las coplas atornilladas ( la ms comn y ms importante)2) En vlvulas mal instaladas con empaquetadura deficiente3) En uniones sometidas a vibraciones, movimiento, etc. ( caeras con falta de apoyo)

4.-Aire comprimido en minera

Un importante requerimiento en la minera es definitivamente el suministro confiable de aire comprimido, entendido como la disponibilidad permanente de aire a la presin adecuada, en la cantidad requerida y con la calidad apropiada.El aire comprimido es vital para las operaciones mineras, ya sea como fuente de energa, como medio de transporte de lquidos y slidos, como insumo para un proceso o como medio de transmisin de seales para instrumentacin y control. Muchas de las operaciones crticas de una faena minera estn indisolublemente ligadas al suministro adecuado de aire comprimido.Generalmente se tiende a tratar el tema de la confiabilidad del suministro de aire mediante la adicin de capacidad de generacin -se agregan compresores y equipos de tratamiento-, en la medida en que se haga necesario de acuerdo con el comportamiento observado en la planta. Esto crea la nocin de que un sistema confiable es simplemente un sistema sobredimensionado en su capacidad de generacin, que cuente con compresores de respaldo.Lo anterior es cierto en parte; un sistema sobredimensionado tendr eventualmente la capacidad suficiente para cubrir la demanda total del sistema. Sin embargo, disponer de una gran planta de compresores no es suficiente: es preciso tambin contar con el sistema de regulacin y la capacidad de almacenamiento adecuados para que los equipos entren en carga y salgan de carga cuando el consumo del sistema lo requiera, y no ante seales de presin que pueden generarse al interior mismo de la tubera de conduccin de aire comprimido, producto de almacenamiento insuficiente o consumos de grandes volmenes.Otro factor que se debe tener en cuenta para garantizar el suministro de aire es la entrada de los compresores de respaldo. Estos deben ser integrados al sistema de control automtico para poder ser puestos en marcha sin la intervencin del operario, ante una eventual falla de uno de los compresores principales (esto garantiza que se pondrn en marcha de inmediato cuando se requieran). Es importante tener en cuenta el tiempo que tarda un compresor de respaldo desde el momento en que recibe la seal de partida hasta que entra en condicin de carga. El aire acumulado en el sistema debe suplir los requerimientos de consumo durante este lapso, de lo contrario la presin del sistema caer, con lo cual se afecta la eficiencia del secado y filtracin y se pueden ver comprometidos los procesos productivos.Se tiene, pues, un sistema sobredimensionado con capacidad de respaldo, con sistema de regulacin automtica (con activacin inmediata de los equipos de respaldo) y con la capacidad de almacenamiento adecuada, la cual puede ser complementada con la instalacin de dispositivos de expansin de aire, los cuales optimizan el volumen de aire acumulado en los estanques.Lo anterior, nuevamente, es un requisito, pero no es suficiente para optimizar la confiabilidad del suministro. Es preciso conocer la aplicacin y normar el consumo.

4.1 Uso del aire comprimido en minera

Utilizado principalmente en la ventilacin de chimeneas y piques verticales, unaaplicacin prctica cuando stos se desarrollan en forma descendente y la marina se extrae por medio de baldes. En estos casos, el uso de un tendido de mangas que haga llegar aire fresco al fondo del pique en avance es imprescindible para refrescar el ambiente. La aplicacin de sistemas auxiliares para desarrollar galeras verticales est limitada a su empleo para ventilar la galera donde se inicia el desarrollo de la chimenea o pique, dado que la destruccin de los tendidos de ductos dentro de la labor vertical por la cada de la roca en los disparos es inevitable (en su reemplazo se utiliza el aire comprimido). El objetivo de la ventilacin auxiliar es mantener las galeras en desarrollo, con un ambiente adecuado para el buen desempao de hombres y maquinarias, esto es con un nivel de contaminacin ambiental bajo las concentraciones mximas permitidas, y con una alimentacin de aire fresco suficiente para cubrir los requerimientos de las maquinarias utilizadas en el desarrollo y preparacin de nuevas labores.

El empleo de sopladores de aire comprimido para ventilar los desarrollos horizontales se debe restringir a aquellas galeras de pequea seccin que, por la falta de espacio fsico, no hacen posible los tendidos de mangas de ventilacin y para acelerar la salida de los gases en los sistemas aspirantes, instalando los sopladores en el extremo de la caera de aire comprimido cercana a las frentes (zona muerta). Esto, siempre que no sea posible el uso de ventiladores elctricos porttiles con manga lisa que impulse aire a la frente en avance.

Tambin cabe destacar las normativas ante el uso de aire comprimido sealadas en el Reglamento de Seguridad Minera, las cuales nos dicen que las redes de aire comprimido debern ir enterradas o sujetas a las cajas de la galera de tal forma que impida su desplazamiento en caso que se suelten de sus uniones, y los acoplamientos de mangueras de aire comprimido cuyo dimetro sea igual o superior a cincuenta (50) milmetros, deben ser sujetos con abrazaderas y con cadenilla o asegurados de cualquiera otra forma para evitar que azote, la lnea de aire comprimido, al romperse o desacoplarse.

Esta disposicin se aplicar tambin a mangueras de dimetro menor de cincuenta (50) milmetros, si estuviesen sometidas a presiones superiores a siete (7) atmsferas y a los elevadores de presin (Booster).

4.2 COSTOS

1. Informacin GeneralCul es el costo del Aire Comprimido? Para algunas instalaciones, la generacin de aire comprimido puede ser responsable de 30% o ms de la electricidad consumida. Algunas empresas utilizan un valor de 18-30 centavos de dlar por cada 1.000 pies cbicos de aire.El rendimiento total de un sistema de aire comprimido puede ser tan bajo como 10% -15%. Por ejemplo, para operar un 1 hp motor de aire a 100 libras por psi, aproximadamente 8.7 hp de potencia elctrica se suministra a la del compresor de aire.

2. Costo de Aire ComprimidoPara calcular el costo de aire comprimido en sus instalaciones se utiliza la siguiente frmula:

Dnde: - bhp: Caballos de fuerza del motor a plena carga.- 0.746: Conversin entre hp y kW.- Porcentaje de Tiempo: porcentaje de tiempo operando a este nivel.- Porcentaje a Plena Carga bhp: bhp como porcentaje de carga completa a este nivel operativo. - Eficiencia del Motor: Eficiencia del motor a este nivel operativo.

3. Ejemplo

Una planta tpica tiene un compresor de 200 hp (que requiere 215 bhp) que opera 6800 horas anuales. Est a plena carga 85% del tiempo (eficiencia del motor = 0.95) y descarga el resto del tiempo (25% a plena carga bhp y el motor de eficiencia = 0.90). La tarifa elctrica total es de US$ 0.05/kWh.

Costo cuando est completamente cargado:

Costo cuando est descargado:

Conclusin

Hemos visto en el presente informe que la utilizacin del aire comprimido tiene sus ventajas y desventajas, por lo tanto, el buen conocimiento y la correcta toma de decisiones por parte del personal a cargo en el uso de este tipo de ventilacin es de vital importancia para mantener al mnimo el alto costo que con lleva la utilizacin de aire comprimido en la ventilacin de minas.Como se dijo anteriormente el aire comprimido se utiliza en el desarrollo de chimeneas y piques en diagonales, pero tambin, debido a la infinidad de variables que actan en una mina, ya sea por dimensiones, diseo u otros, puede utilizarse tambin en donde no es rentable poner el tipo de ventilacin tradicional ( reas pequeas ).Tambin es importante tener presente y realizar controles peridicos en las caeras de ventilacin, para as evitar al mximo las prdidas durante el trayecto del aire comprimido, ya que los gastos inducidos por perdidas pueden llegar a ser demasiado altas y an ms importante, puede comprometer la salud del personal al no estar ventilando de manera correcta el polvo, gases, contaminantes, etc. en las labores donde se est trabajando.

[Escriba texto]Pgina 1

VENTILACION DE MINASPgina 1