Conexión de Ventiladores Auxiliares en Serie

Curso de Ventilación de Minas – Colegio de Ingenieros del Perú – Nov. 2007 Conexión de Ventiladores Auxiliares en Serie

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CONEXIÓN DE VENTILADORES AUXILIARES EN SERIE

Cuando se tiene una línea de ventilación auxiliar con ducto flexible en la que se requiere más de un ventilador para lograr impulsar el caudal requerido en el extremo de descarga de la línea, deberá asegurarse que:

a) La presión en el interior del ducto no exceda la presión de trabajo especificada por el fabricante (generalmente entre 7.5 y 8.5 kPa) y

b) En ningún punto de la línea se generen presiones negativas.

Como regla práctica, se recomienda mantener la presión estática en el interior de la línea de ventilación por encima de 250 Pa (1" de agua).

Supóngase que se requiere ventilar un frente de trabajo para el cual se ha estimado una demanda de aire de 16.5 m3/s y que se ubica a 500 m del punto del que se puede extraer el aire fresco.

Se ha decidido utilizar un ducto flexible de 900 mm de diámetro cuya resistencia aerodinámica (R) es de 4.18 Pa por cada 100 m de línea. En la Figura N° 1 se muestran las curvas características del sistema de ventilación con un ducto de esas características, cuando la línea tenga 100, 250 y 500 m de longitud.

Se dispone además de dos ventiladores auxiliares del mismo diámetro que el ducto, cuya curva característica se muestra en la Figura N° 2.

Como se aprecia en la Figura 1, la conducción de 16.5 m3/s a lo largo de esta línea exigirá la aplicación de una presión estática de 1.25 kPa cuando la línea tenga 100 m de longitud, de 3.0 kPa cuando ésta se extienda hasta los 250 m y finalmente, de 6.0 kPa cuando la línea alcance su longitud máxima de 500 m.

Asumiendo que la instalación se ubicará al nivel del mar y que no se producirán fugas a lo largo de línea (condición teórica, pues en la práctica éstas siempre ocurren), se trata de determinar la ubicación más adecuada de los ventiladores a lo largo de la línea conforme se avance el frente de trabajo, teniendo en cuenta que el fabricante del ducto flexible ha especificado una presión de trabajo de 5.0 kPa para éste, lo cual descartaría la posibilidad de utilizar dos ventiladores conectados en serie al inicio de la línea de ventilación en caso que para impulsar el caudal de aire requerido en el frente de trabajo, se requiriera más de un ventilador y la presión combinada de ambos excediera los 5.0 kPa.


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El fabricante de los ventiladores muestra en la curva característica sólo la curva de presión total, pero como se conoce el diámetro de éstos, se puede graficar la curva de presión dinámica o de velocidad y por diferencia, obtener la curva de presión estática (o presión útil), que es la que se necesita para hacer los cálculos. En la figura 2 se muestran estas tres curvas: la proporcionada por el fabricante (pt) y las dos que han sido calculadas (pv y pe).


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Superponiendo las curvas de la línea de ventilación y la de la presión estática que aplica el ventilador, se obtiene el gráfico que se muestra en la figura 3 en el que se puede apreciar que hasta que la línea de ventilación alcance una longitud de 250 m, se podrá impulsar el caudal de aire requerido en el frente (16.5 m3/s) con un solo ventilador conectado al inicio de la línea, pero una vez que se exceda esa longitud el caudal se reducirá, por lo que será necesario conectar un nuevo ventilador - en serie con el primero - para garantizar un caudal de aire igual o mayor que el requerido en el frente de trabajo.


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En la figura 4 que se incluye a continuación, se muestra lo que ocurrirá cuando se conecten dos de estos ventiladores en serie, independientemente de dónde estén ubicados a lo largo de la línea de ventilación.


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Se puede apreciar en este gráfico que si una vez que la línea alcance los 250 m de longitud se conectaran dos de estos ventiladores en serie, el caudal se incrementará inmediatamente a 18.6 m3/s y si bien es cierto que este caudal se irá reduciendo conforme se vaya extendiendo la línea, se mantendrá siempre por encima del caudal requerido de 16.5 m3/s hasta que ésta alcance su longitud máxima de 500 m, por lo que se puede concluir que para lograr ventilar adecuadamente el frente de trabajo, bastará conectar dos de estos ventiladores en serie, pero como se ha señalado anteriormente, la conexión no podrá hacerse al inicio de la línea, debido a que la presión que aplicarían ambos ventiladores (5.7 kPa) excedería la presión de trabajo del ducto.


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Se trata entonces de determinar la ubicación más adecuada para el segundo ventilador,

sabiendo que a partir de los 250 m de longitud de la línea será necesario instalarlo,

conectado en serie con el primero.

Si se instala el primer ventilador (A) al inicio de la línea, cuando ésta alcance los 100 m de

longitud el ventilador estará impulsando 19.2 m3/s y la presión estática al inicio de la línea

será de 1.54 Pa y toda la línea estará sometida a presión positiva, tal como se muestra en la

siguiente figura:

Conforme se extienda la línea, se incrementará la resistencia del sistema y el ventilador

tendrá que aumentar la presión que aplica para impulsar un caudal de aire cada vez menor,

hasta que cuando el sistema alcance los 250 m de longitud, la situación será la que se

muestra en la figura 6, en la que la línea discontinua representa la caída de presión estática

que ocurría cuando la línea tenía 100 m de longitud y la continua la que se presentará

cuando ésta alcance los 250 m.

Si en ese momento se conectara el segundo ventilador - en serie con el primero - al inicio

de la línea, el caudal se incrementará de 16. 5 a 18.7 m3/s, mientras que la presión estática

al inicio de la línea pasará de 2.85 a 3.66 kPa.

Como se sabe que no se podrá mantener esta configuración hasta que la línea alcance su

longitud final de 500 m porque de hacerse así, la presión interna en el ducto al inicio de la

línea excedería la presión de trabajo de éste, será necesario ubicar el segundo ventilador en

algún otro punto de la línea.

Asumiendo que se ubicara al final del tramo de 250 m, se presentaría la situación que se

muestra esquemáticamente en la figura 7, en la que se puede apreciar que si bien es cierto

que se mantiene al caudal de 18.7 m3/s que se tenía en el caso anterior, la segunda mitad de

la línea estaría trabajando a presión negativa, lo cual sería inaceptable.


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Esto obliga a replantear la solución a adoptarse, que podría ser - como se muestra en la

figura 8 - la de ubicar el segundo ventilador a la mitad de la línea, es decir a 125 m del

primero. Esto hará que inmediatamente antes del segundo ventilador, la presión estática al

interior del ducto sea cero, lo cual tampoco es conveniente, ya que cualquier pequeña

variación que se produzca en la resistencia del sistema podría hacer que dicha presión se

torne negativa.

Para evitar que esto ocurra, es necesario ubicar el segundo ventilador en un punto

intermedio, que podría ser - por ejemplo - a 80 m del primero, lo que haría que el sistema

muestre una configuración como la que se muestra en la figura 9, que permitirá mantener

toda la línea a presión positiva y por debajo de los 5.0 kPa.

Si se mantuviera esta misma configuración de aquí en adelante, cuando la línea alcance su

longitud máxima de 500 m, se tendrá una situación como la mostrada en la figura 10, en la

que se puede apreciar que el caudal se mantendrá siempre por encima de los 16.5 m3/s

requeridos y en ningún punto de la línea se tendrán presiones negativas ni se excederán los

5.0 kPa, que es la presión de trabajo especificada para el ducto.


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