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PROGRAMA DE ASIGNATURA
Nombre de la Asignatura : Servicios a la Minería
Código : 04093
Carrera : Ingeniería Civil de Minas
Requisito de asistencia teoría : 50 %
Nivel : Noveno
Requisito : Mecánica de Fluidos
TEL : 4 0 0
Profesor : Ing. José Chebair P.
OBJETIVOS GENERALES
• Proporcionar conocimiento de las actividades
complementarias usadas en minería y que juntos
con las técnicas de arranque, carguío y transporte
permiten realizar la explotación de un yacimiento .
• Desarrollar trabajos de investigación relacionados
con los tópicos que considera la asignatura.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Conocer y diseñar circuitos de drenaje y redes de
aire comprimido
• Aplicar el aire comprimido en la minería
• Conocer y seleccionar equipos: motobombas,
compresores
DRENAJE DE MINAS
• Origen de las aguas en minas
• Ecuación de continuidad
• Ecuación de Bernoulli
• Conceptos : radio hidráulico, vasos comunicante,
principio de Pascal, número de Reynold, viscosidad,
porosidad, permeabilidad, acuíferos
• Ley de D`arcy
• Clasificación del drenaje subterráneo
• Motobombas
• Circuitos de drenaje en minas
AIRE COMPRIMIDO
• El aire como agente motriz
• Circuitos básicos de aire comprimido
• Equipos neumáticos
• Compresores
• Control de red de aire comprimido
FECHAS DE PRUEBAS
• Primera prueba : 06 / 05 a las 18 hr
• Segunda prueba : 07 / 06 a las 18 hr
• Tercera prueba : 08 / 07 a las 10:30 hr
• Prueba Recuperativa :
• Examen : 19 / 07 a las 15:00 hr
Nota Promedio Teoría (NPT) = ( 2ªP + 3ªP) / 2
Asistencia Teoría (AT) >= 50 %
Nota Promedio Informes (NPI) = ( NI1 + NI2 ) / 2
Nota Informe (NI) = 0.50*Trabajo + 0.50*Disertación
NF = 0.80*NPT + 0.20*NPI
Si
NF >= 4.0 y AT>= 50% Aprobado
NF >= 4.0 y AT < 50% Examen
NF < 4.0 y AT >= 50% Examen
NF” = 0.60*NF + 0.40*EX
Si
NF” >= 4.0 Aprobado
NF”< 4.0 Reprobado
BIBLIOGRAFIA
• Hidrología Subterránea
E. Custodio – M.R. Llamas
• Pozos y Acuíferos
Instituto Geológico y Minero de España
• Manual de Aire Comprimido
Atlas Copco
• Reglamento de Seguridad Minera
• Catálogos de motobombas, Compresores
SUGERENCIAS
• ASISTIR A CLASES REGULARMENTE
• ESTUDIAR CLASE A CLASE
• PARTICIPAR EN CLASES
• DESARROLLAR LAS TAREAS Y LOS TRABAJOS DE
INVESTIGACION
TEMAS DE INVESTIGACION
-MOTO-BOMBAS DE POZO PROFUNDO
-GENERACION, EFECTOS Y CONTROL DE LAS AGUAS
ACIDAS
-SELECCIÓN DE GRUPOS ELECTROGENOS
-ELECTRIFICACION DE MINAS SUBTERRANEAS Y A
CIELO ABIERTO
-SELECCIÓN DE COMPRESORES PARA LA MINERIA
-DISPOSITIVOS DE CONTROL AUTOMATICO PARA
ACCIONAMIENTOS DE MOTO-BOMBAS ELÉCTRICAS
-EFECTOS Y CONTROL DE LAS AGUAS EN MINERIA A
CIELO ABIERTO
-ESTUDIOS PARA DETECTAR PRESENCIA DE AGUAS
SUBTERRANEAS
SERVICIO A LA MINERIA
ACTIVIDADES ACTIVIDADES DE
PRINCIPALES SERVICIO A LA MINERIA
Arranque material Drenaje
( Mineral – estéril ) Aire comprimido
Carguío material Ventilación de Minas
Transporte de material Fortificación, otros
Permiten la explotación del yacimiento
EFECTOS DE LAS AGUAS EN LAS MINAS
• Inundaciones
• Inestabilidad de taludes
• Puede generar drenaje ácido (Piritas + agua + oxigeno +
la acción de bacterias). Oxidación de la pirita
• Corroe los materiales metálicos ( rieles, cables, pernos,
tuberías, etc. )
• Produce enfermedades en las personas
• Reduce las resistencias de las rocas .Desprendimiento
del material del techo.
• No permite realizar las operaciones básicas
• Riesgo de electrocución
• Descompone a la madera
DRENAJE DE MINAS
• EQUIPOS : MOTOBOMBAS, GRUPOS ELECTRÓGENOS
• PERSONAL : ELECTROMECÁNICO
• ENERGIA : ELECTRICIDAD, AIRE COMPRIMIDO
• TUBERIAS
• FITINGS
• CONSTRUCCIÓN DE LABORES : POZOS COLECTORES,
CUNETAS,TIROS DE DRENAJE.
• REPUESTOS
• TALLER : PARA REPARACION Y MANTENCION DE LOS
EQUIPOS
MOTOBOMBA CENTRÍFUGAS
• Caudal hasta 250 L/min (15 m3/h)
• Altura manométrica hasta 61 m
• Altura de aspiración manométrico hasta 7 m
• Temperatura del fluido hasta +60°C
• Máxima temperatura ambiente hasta +40°C
COMPRESORES
¿ QUE ES UN COMPRESOR ?
PARÁMETROS DE UN COMPRESOR : CAUDAL DE AIRE
(CAPACIDAD AL NIVEL DEL MAR ) – PRESIÓN
MOTOR DE UN COMPRESOR : DIESEL - ELÉCTRICO
ELEMENTOS DE COMPRESIÓN : SISTEMA PISTÓN –
SISTEMA TORNILLO
APLICACIONES DEL AIRE COMPRIMIDO : MÁQUINAS
PERFORADORAS, VENTILADORES, BOMBAS, SISTEMA DE
PUERTAS, SHOCRETE, CARGA DE ANFO, APLICAR
LECHADA A LOS PERNOS HELICOIDALES, ETC
UBICACIÓN DEL COMPRESOR : LUGAR NIVELADO, PROTEGIDO,
BIEN VENTILADO, CON AIRE LIBRE DE POLVO Y DE GASES
MANTENCIÓN DEL COMPRESOR (BITACORA)
ACCESORIOS DE LA RED : TRAMPA DE AGUA – ACUMULADOR
DE AIRE COMPRIMIDO
RED DE AIRE COMPRIMIDO : GENERAR, CONDUCIR Y
DISTRIBUIR EL AIRE COMPRIMIDO
UBICACIÓN DE LA RED : LA RED DEBE ESTAR UBICADA
DENTRO DE LA LABOR EN UN LUGAR DONDE SE LE PUEDA
HACER EL CONTROL Y LA MANTENCIÓN
EVITAR LOS EXCESOS DE FUGAS
EVITAR LOS EXCESO DE CAIDA DE PRESIÓN
LOS TRAMOS O RAMALES DE LA RED DEBEN TRABAJAR
INDEPENDIENTE USANDO VÁLVULAS PARA TAL EFECTO
LAS MANGUERAS DEBEN ESTAR EN BUENAS CONDICIONES Y
SE DEBEN ASEGURAR LOS PUNTOS DE UNIONES
ANTES DE HACER LAS DESCONEXIONES DE LAS MANGUERAS
SE DE DEBE ASEGURAR DE ELIMINAR TODO EL AIRE
COMPRIMIDO CONTENIDO EN ELLAS.
PARA OBTENER BUENOS RENDIMIENTOS DE LOS EQUIPOS
NEUMÁTICOS SE DEBE ASEGURAR DE ENTREGARLE EL
CAUDAL ADECUADO Y LA PRESIÓN DE TRABAJO
ADECUADO
CONTROL DE LA PRESIÓN EN LA RED A.C.
CONEXIÓN ELÉCTRICA TRIANGULO ( )
RED
ELÉCTRICA
TRIFÁSICA
DISPOSITIVO DE
ACCIONAMIENTO
MOTOR
ELÉCTRICO
BOMBA
CABLE
TIERRA
CONEXIÓN ELÉCTRICA ESTRELLA ( Y )
RED
ELÉCTRICA
TRIFÁSICA
DISPOSITIVO DE
ACCIONAMIENTO
MOTOR
ELÉCTRICO
BOMBA
CABLE
TIERRA
ORIGEN DE LAS AGUAS EN MINAS
SUPERFICIAL ( lluvias, nieve)
SUBTERRÁNEA( acuíferos )
DE PERFORACIÓN
DE REGADIO ( minería a cielo abierta )
CARACTERÍSTICAS DEL AMBIENTE DE
AGUAS SUBTERRÁNEAS
• El movimiento de las aguas subterráneas es lento, lo
que implica que sea lento su depuración
• Es difícil el monitoreo de las aguas subterráneas por
falta de accesibilidad
• Material que no puede evaporarse fácilmente
• Puede alcanzar grandes extensiones
ESTUDIO HIDROLÓGICO
PRESENCIA DE AGUA DEL SECTOR :
- SUPERFICIAL
- SUBTERRÁNEA (acuíferos)
PRECIPITACIONES
UBICACIÓN Y VOLUMEN APROXIMADO DE LOS
ACUIFEROS
CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS (Ph)
INFORMACIÓN NECESARIA PARA :
TOMAR MEDIDAS DE PREVENCION DE CAUDALES
(INUNDACIONES)
DISEÑAR SISTEMAS DE DRENAJE
SPLIT - SET
Es un tubo flexible de acero,
ranurado longitudinalmente,
ahusado en un extremo y
con un anillo en el otro
extremo
CONEXIÓN ESTRELLA - TRIANGULO
R
S
T
Caja
eléctrica
Bornes
motor
Eléctrico
trifásico
Red
Eléctrica
trifásica
u v w
x y z
u v w
x y z
δ = densidad = masa = m
volumen v
En A1 m1 = δ1 v1
dm1 = δ1dv1 = δ1A1ds pero ds = v = velocidad
dt
por lo tanto, dm1 = δ1A1v1dt ; dm2 = δ2A2v2dt . La
masa en cada sección del ducto por unidad de tiempo
debe ser la misma
dm1 = dm2 ; δ1A1v1= δ2A2v2
dt dt
Fluidos incompresibles δ1= δ2; A1v1= A2v2 ; Q1 = Q2
Sea una partícula de peso G que recorre el camino entre 1
y 2, que posee una masa G / g y un volumen V.
La partícula posee una energía total en el punto 1
compuesta por : energía cinética + energía potencial +
energía de presión.
SIN CONSIDERAR ROCE
Energía total = m v12 + G z1 + p1V = G v1
2 + G z1+ p1G
2 2g pe
(Energía total )1 = (Energía total )2
G G
v12 + z1 + p1 = v2
2 + z2 + p2
2g pe 2g pe
CONSIDERANDO ROCE
v12 + z1 + p1 – E12 = v2
2 + z2 + p2
2g pe 2g pe
E12 = Pérdida de energía entre el punto 1 y el punto 2
E12 = hf + hk = hw12
hf = Pérdidas de energía en las tuberías
hk = Pérdidas de energía en los fitting (pérdidas secundarias)
hf = f l v2 Ecuación de Darcy - Weisbach
2gd
hk = k v2
2g
NÚMERO DE REYNOLD (NR)
NR = D V φ
µ
Donde :
NR = número de Reynold
D = diámetro de la tubería ( m )
V= velocidad del fluido ( m / seg)
φ = densidad del fluido ( kg / m3 )
µ = viscosidad dinámica
PRESIÓN HIDROSTÁTICA ( Ph )
Ph = (pe)H pe = peso específico del fluido
H = profundidad del objeto en el líquido
H
RADIO HIDRAÚLICO ( RH )
RH = área transversal
perímetro mojado
Para una sección circular
RH = (π/4) d2 = d
π d 4
d = 4 RH
Para calcular las pérdida en tuberías
hf = f l v2 = f l v2 = f l v2
2 g d 2g4RH 8gRH
POROSIDAD
Es la propiedad de las rocas de contener espacios abiertos o vacíos en su estructura.
POROSIDAD = Volumen de huecos x 100
Volumen total
Material Porosidad ( % )
Granito …………………………… 0.40 – 1.40
Arenisca ………………………….. 0.50 - 2.40
Pizarra ………………………………1.40 – 1.80
Caliza ……………………………… 0.40 – 1.80
Arena ………………………………. 48
Arcilla ………………………………..55
GRANULOMETRIA
PARTÌCULA TAMAÑO
Arcilla < 0.002 mm
Limos 0.002 – 0.06 mm
Arenas 0.06 – 2 mm
Gravas 0.2 – 6 cm
PERMEABILIDAD
Es la propiedad de una roca de dejarse atravesar por el agua.
Al movimiento del agua a través del material se llama
infiltración y su medida la constituye la permeabilidad
Sea :
K = Coeficiente de permeabilidad ( cm / seg)
K puede variar en un amplio margen para los distintos suelos
naturales, desde
102 cm / seg (permeable) hasta 10-8 cm /seg (impermeable)
CONCEPTOS
• Acuífero :Formación geológica que contiene agua en
cantidad apreciable y que permite que circule a través
de él. Ejemplo : arenas, gravas
• Acuífugos : Formación geológica que no contiene agua,
no permite la circulación a través de él. Ejemplo : granito
LEY DE DARCY
Flujo del agua subterránea ( medios porosos)
Q = cte * sección * Δh
Δl
Q = k * S *Δh
Δl
Q es el caudal
Q = K * Δh
S Δl
q = K * Δh
Δl
q es el caudal por unidad de área
K es la conductividad hidráulica
Δh es el gradiente hidráulico
Δl
K = k’ * ρ
µ
k’ es la permeabilidad del medio
ρ es el peso específico del fluido
µ es la viscosidad dinámica del fluido
µ = µ’ * Φ
µ’ es la viscosidad cinemática
Φ es la densidad del fluido
ρ = peso = m*g = Φ * g
vol v
ρ = Φ * g
K = k’ * Φ * g
µ
DRENAJE DE MINAS
• Drenaje por gravedad
Cunetas
Tiros de drenaje
• Drenaje auxiliar
Sifones
• Drenaje de profundización
Moto- bombas
Pozos colectores
FLUJO DE CANALES ABIERTOS
Fórmula de Manning
Q = A R2/3 S1/2
N
Q = Caudal ( m3 / seg )
A = Sección transversal del flujo ( m2 )
R = Radio hidráulico ( área dividida por el perímetro
mojado )
S = pendiente (%)
N = Factor de rugosidad
OPERACIONES DE INSTALACIÓN MOTO-BOMBA CON
TUBERIA DE SUCCIÓN
• La moto-bomba debe estar ubicada lo más cerca posible
del pozo colector
• El lugar de operación del equipo debe ser amplio y bien
ventilado
• Instalar la moto-bomba en una base sólida y nivelada
• La carga de la tubería de impulsión no deben estar
apoyadas directamente sobre el equipo
• Instalar válvula de pie y válvula de retención
• La tubería de succión no debe estar instalada por sobre
el nivel medio de la bomba
OPERACIONES DE INSTALACIÓN MOTO-BOMBA CON
TUBERIA DE SUCCIÓN
• Chequear la conexión eléctrica
• Chequear el sentido de giro
• Una vez en operación, limpiar con cierta frecuencia la
válvula de pie
MOTOBOMBA CENTRÍFUGAS
• Caudal hasta 250 L/min (15 m3/h)
• Altura manométrica hasta 61 m
• Altura de aspiración manométrico hasta 7 m
• Temperatura del fluido hasta +60°C
• Máxima temperatura ambiente hasta +40°C
BOMBA SUMERGIBLE
• Caudal hasta 80 L/min (4.8 m3/h)
• Altura manométrica hasta 77 m
• Temperatura del fluido hasta +40°C
• Máxima temperatura ambiente hasta +40°C
SELECCIÓN DE MOTO-BOMBAS
Condiciones del problema ( pozo colector, pique, pozo)
- Moto-bomba con tubería de succión
- Moto-bomba sumergible
- Moto-bomba de pozo profundo
Altura de elevación
Fluido a drenar ( ph)
Caudal estimado a drenar
Tipo de energía disponible
- Electricidad
- Aire comprimido
- Combustible
SELECCIÓN DE MOTO-BOMBAS
Situación geográfica
- Altura sobre el nivel del mar
- Temperaturas extremas
Aplicaciones futuras del equipo
Precio, repuestos, garantías, servicio técnico, etc.
CURVAS CARACTERISTICA DE UNA BOMBA
Curva altura- caudal de
la bombaCurva altura-caudal
del sistema
Curva de
rendimiento de
la bomba
caudal
altura
N (%)
90
80
60
40
20
0
PF
QB
HB
POTENCIAS ( N )
CONEXIÓN ELÉCTRICA TRIANGULO ( )
RED
ELÉCTRICA
TRIFÁSICA
DISPOSITIVO DE
ACCIONAMIENTO
MOTOR
ELÉCTRICOBOMBA
CABLE
TIERRAN1 N2
N3
N4=Nu
MOTOBOMBAS EN SERIE
0
20
40
60
80
100
120
0 5 10 15 20 25 30
Q (lit /min )
Hm (mca)
curva de dos
motobombas en serie
curva de una motobomba
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60
H (mca)
Q (lit/min)
MOTOBOMBAS EN PARALELO
curva de dos motobombas en paralelo
curva de una motobomba
FACTORES QUE INFLUYEN EN LAS CURVAS DE LAS
MOTO-BOMBAS
Las RPM del rotor o impulsor
El diámetro de rotor o impulsor
CURVAS CARACTERISTICAS DE OFERTA DE UNA BOMBA
Curva altura- caudal Curva potencia-caudal
Curva de
rendimiento -
caudal
Caudal (Q)
Altura(H)
η(%)
90
80
60
40
20
0
Potencia
(N)
CURVA CARACTERÍSTICA DE DEMANDA
HT = HS + HI + hfs + hks + hfi + hki
Finalmente
HT = HELEV + R Q2
R = Coeficiente de roce del sistema
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