1. VENTILACIN NATURAL

1.1. DEFINICION:

Es el flujo natural de aire fresco al interior de una labor sin necesidad

de equipos de ventilacin, Esto quiere decir que depende de manera

directa de las condiciones climticas de la zona. En una galera

horizontal o en labores de desarrollo en un plano horizontal no se

produce movimiento de aire. En minas profundas, la direccin y el

movimiento del flujo de aire, se produce debido a las siguientes causas:

diferencias de presiones, entre la entrada y salida. Diferencia de

temperaturas durante las estaciones.

El modelo de ventilacin natural se realiza mediante un circuito

establecido para la circulacin del aire, para lo que es indispensable que

la mina cuente con dos labores de acceso independientes; en otras

palabras, dos pozos y dos zanjas. El caudal de aire es la cantidad de aire

que ingresa a la mina y que sirve para ventilar labores, cuya condicin

debe ser que el aire fluya de un modo constante y sin interrupciones.

1.2. EL CAUDAL DE AIRE

Es la cantidad de aire que ingresa a la mina y que sirve para ventilar

labores, cuya condicin debe ser que el aire fluya de un modo constante

y sin interrupciones. El movimiento de aire se produce cuando existe

una alteracin del equilibrio: diferencia de presiones entre la entrada y

salida de un ducto, por causas naturales (gradiente trmica) o inducida

por medios mecnicos.

1.3. CALCULO DE PERDIDA DE PRESION EN VETILACION NATURAL

Como bien sabemos, el concepto de diferencia de peso entre las

columnas de aire es incorrecto desde el punto de vista terico, pero

permite estimar fcilmente la perdida de presin en ventilacin natural

en una mina.

En el nivel inferior de la mina, la presin baromtrica ser:

Como: PVN = p3 p2, se tendr:

En donde:

P1: presin baromtrica en el nivel de la salida de la mina.

H: deferencia de niveles (m).

T: temperatura absoluta (K).

R: constante del aire = 209J/KgK.

g: aceleracin de la gravedad = 9.81 m/s2.

1.4. CURVA CARACTERISTICA DE LA MINA

Aunque se ha visto que la presin de ventilacin natural es un

fenmeno estacional que depende de la diferencia de la temperatura

existente entre el interior de la mina y el exterior, en los clculos de

ventilacin de minas se acostumbra representarle mediante una lnea

recte horizontal:

1.5. DIRECCION DEL FLUJO

En una ventilacin natural, el aire se ingresa por la bocamina principal

de ingreso y recorre todo el circuito de ventilacin hasta salir de la mina

por la otra bocamina.

2. VENTILACIN MECNICA

2.1. DEFINICION:

Es la ventilacin auxiliar o secundaria y son aquellos sistemas que,

haciendo uso de ductos y ventiladores auxiliares, ventilan reas

restringidas de las minas subterrneas, empleando para ello los

circuitos de alimentacin de aire fresco y de evacuacin del aire viciado

que le proporcione el sistema de ventilacin general.

El objetivo principal de la ventilacin mecnica, o secundaria,

Garantizar aire fresco y limpio a los mineros. Para ello se aprovechan

las condiciones naturales, empleando equipos y sistemas auxiliares.

La ventilacin mecnica se logra por medio de ventiladores que

introducen aire fresco a travs de mangas o ductos. Para las labores de

minera subterrnea, es obligatorio emplear este medio, pues el aire o la

ventilacin natural son muy restringidos. Adems, las consecuencias de

un mal control del aire pueden ser catastrficas: mal desempeo de los

trabajadores, en el mejor de los casos; enfermedades, como silicosis,

siderosis, antracosis, etctera; posibles explosiones que pueden llegar a

cobrar vidas humanas, prdida de equipos y paralizacin de

actividades.

Para saber qu ventilador resulta mejor para las necesidades

subterrneas, es preciso evaluar los objetivos de la mina y la cantidad

de obreros, el equipo, entre otros aspectos importantes. En general, los

ventiladores se clasifican en tres tipos: los centrfugos, los axiales y los

mixtos.

En los ventiladores centrfugos, el aire entra por el canal de aspiracin

que se encuentra a lo largo de su eje, tomado por la rotacin de una

rueda con relieves. Ofrece la ms alta presin esttica y un flujo

mediano. Su eficiencia vara entre 60 y 80 por ciento; pueden trabajar a

altas velocidades. Pueden considerarse quietos si se observa su curva

caracterstica; genera menos ruido que los ventiladores axiales y son

ms serviciales, pero ms costosos.

En los ventiladores axiales, el aire ingresa a lo largo del eje del rotor y,

luego de pasar a travs de las aletas del impulsor o hlice, es

descargado en direccin axial. Se les llama tambin ventiladores de

hlice. Ofrecen el ms alto flujo de aire; su eficiencia oscila el 70 y el 80

por ciento, y son capaces de trabajar a velocidades muy altas. Sus

desventajas es que son inflexibles e inestables, adems de producir

mucho ruido; sus ventajas es que son verstiles y ms baratos.

Finalmente, los ventiladores mixtos combinan caractersticas de los dos

tipos de ventiladores anteriores. Aunque son extremadamente

robustos, cuentan con palas reforzadas para manipular gases con polvo

en suspensin a temperaturas elevadas. No son tan eficientes como

otros tipos de ventiladores, adems de que su gama de operaciones est

ms limitada. Su ventaja consiste en que se perjudican menos por la

erosin y la corrosin; por otra parte, si necesita reparaciones, se debe

mencionar que las palas pueden soldarse fcilmente.

2.2. TIPOS DE VENTILADORES.

2.2.1. VENTILADORES CENTRIFUGOS: En estos ventiladores, el

aire entra por el canal de aspiracin que se encuentra a lo

largo de su eje, cogido por la rotacin de una rueda con

alabes. Ofrece la ms alta presin esttica y un flujo mediano.

Su eficiencia vara entre 60% y 80%, pueden trabajar a altas

velocidades. Son ventiladores que pueden considerarse

quietos si se observa su cueva caracterstica, produce

menos ruido que las axiales, son rgidos, son ms serviciales

pero mucho ms costosos.

2.2.2. VENTILADORES AXIALES: En este tipo de ventiladores, el

aire ingresa a lo largo del eje del rotor y luego de pasar a

travs de las aletas del impulsor o hlice es descargado en

direccin axial. Tambin se les llama ventiladores de hlice.

Ofrece el ms alto flujo de aire, su eficiencia esta entre 70 y

80% y son capaces de trabajar a las velocidades ms altas,

presentan una gama fuerte de inflexin e inestabilidad,

producen los niveles ms altos de ruidos, son ms verstiles y

son ms baratos.

2.3. PARTES IMPORTANTES DE UN VENTILADOR.

Un ventilador se define simplemente como una mquina rotatoria que

expulsa aire en forma continua. Las partes importantes que componen

un ventilador y que afectan sus propiedades aerodinmicas son:

Impulsor (Hlice). Es la parte del ventilador que al rotar imparte

movimiento al aire.

Carcaza. Es estacionaria y gua el aire hacia y desde el impulsor.

Otras partes de un ventilador y que juegan, tambin, un papel

importante en su rendimiento, son las paletas de entrada, difusoras o

evasoras.

2.4. CURVAS CARACTERISTICAS.

Al igual que las galeras de ventilacin de una mina, los ventiladores

tambin pueden ser representados en un sistema de coordenadas "H-Q"

mediante una curva llamada Curva Caracterstica del Ventilador; al

denominarla "caracterstica", se refiere a una mquina determinada,

con dimensiones geomtricas y velocidades de rotacin propias.

2.4.1. Curva caracterstica de un ventilador centrfugo.

Por construccin el ventilador centrfugo tiene una relacin

matemtica, entre el caudal y la presin, que obedece a la

frmula: H = a - b * Q; representando entonces a una recta

donde "a" es funcin de la velocidad tangencial, del peso

especfico del aire y de la fuerza de gravedad y "b" depende de

la velocidad tangencial; de la velocidad radial; del dimetro,

ancho y ngulo de curvatura de los labes; del peso

especfico del aire y, por ltimo, de la fuerza de gravedad.

Cualquier variacin de estos parmetros, significa un cambio

en la curva.

Esta ecuacin implica el hecho que el rotor debe tener un

nmero infinito de labes, lo cual en la realidad no es posible

conseguir; al tener un nmero finito de labes se producen

prdidas por la formacin de remolinos entre los labes.

Adems debe considerarse que tambin se producan

prdidas por rozamiento del aire con la carcasa y el impulsor

o rotor y prdidas por choque; las prdidas por rozamientos

aumentan a medidas que la velocidad del aire es mayor o, que

es lo mismo, que aumenta el caudal, en cuanto a las prdidas

por choque se hacen mayores en los dos extremos, con poco y

mucho caudal.

2.4.2. Curva caracterstica de un ventilador de flujo axial.

Iguales consideraciones se pueden hacer en la representacin

grfica de un ventilador de flujo axial, resultando una curva

caracterstica similar a la del centrfugo en cierto rango de

caudal.

La caracterstica principal de la curva de un ventilador axial es

que existe una inclinacin distinta donde disminuye su

presin a medida que decrece su caudal. Esta caracterstica se

conoce como "atascamiento" y proviene del desprendimiento

de corrientes de aire desde la superficie de las aspas; se

produce una turbulencia y con ello se reduce la habilidad de la

superficie de sustentacin para producir presin. En algunos

casos el efecto de atascamiento puede ser demasiado grave y

el ventilador entra en "zafarrancho", vibra visiblemente y sus

aspas pueden caer en lo que se llama fatiga, lo cual suele

producir la violenta ruptura de ellas.

H

H = a - bQ

Por N finito de labes

Por rozamiento

Por choque

Q

Curva Caracterstica

En general, mientas mayor sea el ngulo del aspa del

ventilador o el ngulo de ataque, el que queda definido como

el ngulo formado por la direccin del aire con la cuerda del

aspa, ms grave ser el efecto de atascamiento. Para asegurar

que el ventilador no entrar en zafarrancho se debe considerar

slo una porcin de su curva caracterstica.

En cualquier ventilador se puede variar su caracterstica al

alterar su velocidad, de acuerdo a las leyes estudiadas en el

punto 5. Si el ventilador est conectado al motor mediante

una propulsin convencional, cambiar su velocidad de

rotacin implica variar la relacin de poleas y correa de

propulsin o cambiar el mecanismo interno de la caja de

engranaje; tales cambios no son fciles de efectuar, ni menos a

intervalos frecuentes. La variacin del servicio del ventilador,

a velocidad constante, se puede lograr por otros medios:

A. Colocacin de un Regulador. Esto consiste en estrangular la

entrada o salida del ventilador; es el mtodo ms barato,

H

Q

Porcin de curva

ca-racterstica par

a ser usada

Zona de

atascamiento

pero, significa un consumo de energa que no se aprovecha,

equivalente a la energa que disipa el regulador.

B. Variacin de las aspas (paletas). En el caso de un ventilador

de flujo axial, las paletas pueden ser de inclinacin ajustable,

lo cual, incluso, se logra, en la actualidad, sin detener la

mquina. La variacin de ngulos de paletas produce una

familia de curvas caractersticas de un ventilador axial, a

velocidad fija, ampliando considerablemente el rango de

servicio del ventilador.

C. Cambio de revoluciones del motor. Hoy en da esta

posibilidad es totalmente cierta, existen cajas elctricas que

permiten cambiar la frecuencia del motor elctrico y con ello

variar su velocidad de rotacin a voluntad, sin afectar su

eficiencia, se trata de los convertidores de frecuencia.

2.5. LEYES DEL VENTILADOR.

Las leyes de rendimiento bsico de cualquier ventilador se refieren en

forma ms adecuada a la velocidad de rotacin, pudiendo determinar

cmo afecta al volumen de aire movido, a la presin capaz de producir y

a la energa absorbida por el ventilador. Las relaciones son:

Q N

H N2

Pot N3

Donde:

Q = caudal de aire movido por el ventilador;

N = velocidad de rotacin del ventilador;

H = presin capaz de entregar el ventilador;

Pot = potencia necesaria para mover el ventilador.

Estas leyes pueden ser aplicadas prescindiendo del sistema de unidades

usadas, siempre que sean consistentes. Su importancia radica en que si

la resistencia del sistema contra la cual est operando el ventilador no

cambia y vara la velocidad de rotacin de ste, se producen efectos

considerables en su funcionamiento. Supongamos que aumentamos la

velocidad del ventilador al doble:

N2 = 2 * N1

Caudal : Q N, entonces:

Q2 = 2 * Q1

El caudal que mueve el ventilador aumenta al doble.

Presin: H N2, entonces:

H2 = 4 * H1

La presin se aumenta cuatro veces.

Potencia : Pot N3, entonces:

Pot2 = 8 * Pot1

La potencia necesaria aumenta ocho veces.

Esto ltimo es lo que verdaderamente es necesario recalcar, o sea una

decisin de aumentar la velocidad del ventilador tiene efectos

considerables en la energa requerida.

2.6. UTILIZACION DE LOS VENTILADORES

2.6.1. VENTILACION PRICIPAL: Los aquellos a travs de los cuales

circula todo el aire que fluye a travs de la mina. Los

ventiladores principales pueden ser aspirantes o impelentes.

La presencia de gases corrosivos es un factor importante a

tenerse en cuenta al momento de decidir si el ventilador debe

ser aspirante o impelente.

Una forma de lograr este fin es aumentando la resistencia de

algunos ramales mediante reguladores, impidiendo el flujo

mediante tabiques o puertas o instalando ventiladores

secundarios.

2.6.2. VENTILACION SECUNDARIA: La ventilacin secundaria

comprende la instalacin de ventiladores que suplementan la

presin proporcionada por el sistema de ventilacin

principal, de tal forma de vencer la resistencia de algunos

ramales que resultan crticos dentro del circuito de la mina.

2.6.3. VENTILACION AUXILIAR: Es el procedimiento empleado

para mantener las condiciones ambientales adecuadas en

aquellas labores subterrneas que no forma parte de la red

principal de ventilacin de mina y que se conoce como

"frentes ciegos".

HOJAS TCNICAS - CURVA CARACTERSTICA

Para llegar al concepto y realizacin de la Curva Caracterstica de un ventilador,

vamos a suponer un ensayo que nos conduzca hacia ello. Imaginemos un

ventilador, Fig. 1,

Fig. 1. Esquema de un ventilador

Posicin a)

Que, en descarga libre, proporcione un caudal Q = 10.000 m/h. Le acoplamos un

conducto.

Posicin b)

De 10 m de longitud y comprobamos que el caudal se ha reducido a Q = 8.000

m/h. Alargamos a continuacin el conducto hasta 50 m y medimos un caudal.

Posicin c)

De Q = 5.000 m/h. Este experimento pone de manifiesto que, a medida que

aumentamos la longitud del conducto acoplado, o sea que incrementamos la

dificultad u obstruccin al paso del aire, disminuye el caudal que proporciona el

ventilador.

Esta disminucin, que se llama prdida de carga, es debida al rozamiento del aire

con las paredes del conducto, a los cambios de direccin, torbellinos, contracciones

de la vena fluda u otros accidentes u obstculos en las canalizaciones.

Para poder disponer de los distintos caudales de que es capaz un ventilador segn

sea la prdida de carga del sistema resistente contra el cual est trabajando, se

ensaya el aparato varindole la carga desde el caudal mximo al caudal cero. Todos

los pares de valores obtenidos caudal-presin se llevan a unos ejes coordenados,

obtenindose la Curva Caracterstica.

La Fig. 2 representa una curva tipo en la que se han grafiado las presiones

estticas, que representan las prdidas de carga, y las totales y dinmicas. Tambin

se representa una curva de rendimiento mecnico del aparato.

La caracterstica de un ventilador es la mejor referencia del mismo ya que indica su

capacidad en funcin de la presin que se le exige.

El punto ideal de funcionamiento es el que corresponde a su mximo rendimiento

y es con el que debera coincidir el punto de diseo del mismo, el punto N en la Fig.

2.

Fig. 2. Representacin de una curva tipo en la que se han grafiado las presiones

estticas

La zona de trabajo idnea de un ventilador es el tramo A-B de su caracterstica.

Entre B y C su funcionamiento es inestable, el rendimiento desciende rpidamente

y aumenta notablemente el ruido. Por ello en muchos catlogos se representa slo

el tramo eficaz de funcionamiento obviando el tramo hasta la presin mxima de

que es capaz. Vemos, pues, que el ventilador es una mquina que utiliza la energa

de que dispone para vencer una prdida de carga y para mover un caudal de aire.

Como sea que ambas magnitudes estn relacionadas de tal forma que un aumento

de la primera representa ineludiblemente una reduccin de la segunda, nos damos

cuenta de la importancia que tiene decidir la configuracin de un sistema de

ventilacin de forma que exija la menor prdida de carga posible, para as, mover

un mayor caudal de aire que, en definitiva, es la misin primordial del ventilador.

Punto de tabajo de un ventilador

Para conocer el punto en que trabajar un ventilador, una vez determinada la

prdida de carga que debe vencer el mismo, no hay ms que, sobre el eje de

ordenadas, sealar la prdida de carga en mm c.d.a..

A partir de aqu y con una horizontal llegaremos a cortar la curva caracterstica en

un punto, a partir del cual y mediante una lnea vertical llegaremos a cortar el eje

de abcisas, en donde nos indicar el caudal que proporcionar el ventilador en

cuestin, trabajando contra la prdida de carga que hemos considerado

inicialmente.

Por ejemplo: si el ventilador de la Fig. 2 debe vencer 16 mm c.d.a., a partir de este

valor sobre el eje de ordenadas, con una horizontal cortaremos la curva en el punto

de trabajo N y de aqu, con una vertical, encontraremos el eje de abcisas en 5.000

m/h que es el caudal que dar el aparato.

Si disponemos de la caracterstica resistente del sistema, podemos encontrar de

forma fcil el punto de trabajo de un ventilador acoplado al mismo sin ms que

superponer las curvas caractersticas del ventilador y resistente del conducto

segn se indica en la Fig. 3.

Fig. 3. Curvas caractersticas de un ventilador

El punto de interseccin de ambas nos dar el punto N de trabajo del ventilador. Si

deseamos construir la caracterstica resistente del sistema debemos partir de la

base de que en las instalaciones de ventilacin la prdida de carga que se origina

vara proporcionalmente al cuadrado del caudal que fluye a travs de la

canalizacin.

Si suponemos que para un caudal de aire de 6.000 m/h la prdida de carga que se

origina es de 3,5 mm c.d.a., la prdida de carga que provocar un caudal de 8.000

m/h lo encontraremos mediante esta expresin:

Pc = 8000 / 6000 3,5 = 6,2 mm c.d.a.

Si el caudal lo suponemos de 4.000 m/h la prdida de carga ser:

Pc = 4000 / 6000 3,5 = 1,55 mm c.d.a.

Llevando estos valores, ms otros que se calculen del mismo modo, sobre unos ejes

coordenados, obtendremos la caracterstica del sistema, que reviste la forma R de

la Fig. 3.

De todo lo expuesto puede concluirse lo siguiente:

Fig. 4. Curvas caractersticas

Es indispensable disponer de las curvas caractersticas de los ventiladores

susceptibles de ser instalados, para cualquier clculo e instalacin que se haga.

1. Las curvas deben estar avaladas por el fabricante, quien las garantizar haciendo

referencia a la norma y disposicin adoptada para su determinacin.

2. Las curvas caractersticas de ventiladores se obtienen en laboratorios de

ensayos debidamente equipados y por analistas especializados. Ello supone la

sujecin a procedimientos segn normalizaciones oficiales y aparatos, tneles y

cmaras calibrados. La mxima garanta se obtiene cuando el laboratorio cuenta

con una acreditacin oficial.

BIBLIOGRAFIA

http://www.mundohvacr.com.mx/mundo/2014/01/ventilacion-

subterranea/

http://geco.mineroartesanal.com/tiki-

download_wiki_attachment.php?attId=637

http://w-ingenieria-de-minas.blogspot.com/2011/08/ventilacion-de-

minas-subterraneas.html

http://www.solerpalau.es/es-es/hojas-tecnicas-curva-caracteristica/