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En este curso nos referimos solamente alrecurso AIRE en sus subcomponentes y comoafecta al recurso humano:
1.Calidad del aire
2.Direccin/velocidad/caudal
3.Temperatura/humedad
Estos aspectos es lo que conoceremos como
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Introduccin
Los aspectos tcnicos de la ventilacin de
minas, son un asunto estudiado con gran
detenimiento en muchos libros de texto y
manuales. Una breve descripcin del clculo
de sistemas de ventilacin en minas
metalferas, har ver mas
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Claramente a la supervisin y trabajadores, en
general, la importancia y estrecha relacin que
existe entre una buena ventilacin, la dilucin
de los gases y del polvo en la atmsfera minera
con la salud y el rendimiento del trabajador,
como de los equipos en una faena minera
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Por qu ventilar?
Se debe realizar ventilacin para renovar ymantener una calidad, caudal y sentido del
Aire de acuerdo a las condiciones
sanitarias deseadas, adems se debe
cumplir con la ley, acuerdos y otros
requisitos acordados.
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Por lo tanto examinaremos algunos
conceptos fsico-qumicos
Cul es la ley, decretos, normas y otrosacuerdos atingentes
Contaminacin y Medioambiente en elrecurso aire, Humanos
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El fluido bsico en la ventilacin es el AIRE, que sedefine como una mezcla mecnica de gases que, en
su estado puro y seco, tiene la siguientecomposicin:% en volumen % en peso
Nitrgeno N2 78,09 75,53Oxgeno O2 20,95 23,14Bixido deCarbono CO2 0,03 0,046
Argn y otrosgases 0,93 1,284
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Todo ser Humano debe vivir en ambientes
libre de contaminacin de forma de
proteger su salud e integridad fsica, lo que
est consagrado en diferentes cuerposlegales, algunas son:
Constitucin Poltica del Estado :. Art 19.
Ley 19.300.: Titulo I Art. 1
DS 132/2004
Artculos 135 al 151.
DS 594/2000..........Ttulo IV prrafos I y II
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El aire es incoloro, inodoro, inspido y sustentalas combustiones y la vida. Sus propiedades se
clasifican en fsicas y psicromtricas. Lasprimeras son las del fluido, en reposo o enmovimiento. La psicromtricas se relacionan
con el comportamiento termodinmico de lasmezclas de aire y vapor de agua y son departicular importancia en el control detemperatura-humedad.
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QUE ES CONTAMINACION?
Es la presencia en el ambiente de sustancia,
elementos, energa o combinacin de ellos, enconcentraciones y permanencia superiores o
inferiores, segn corresponda, a las
establecidas en la legislacin (DS594/2000),
reglamentos y/o normas En esta oportunidad
nos referimos solo a los mas importantes
contaminantes del recurso aire:
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Gaseosos
Contaminantes { Polvos
Slidos { humosnieblas
orgnicos
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El mantenimiento del aire dentro de lmites deseados de pureza se denominacontrolde calidad.El control de calidad cumple con doble propsito: suministrar aire a un espaciodesignado y mantener la pureza del aire en ese espacio, dentro de lmites
requeridos.
Este control es ms difcil de realizar en minas subterrneas que en laindustria a causa de la distancia que el aire debe recorrer, los contaminantesque recoge antes de llegar a los lugares de trabajo, debido a la variedad y
cantidad de impurezas que se generan en estos lugares.
El proceso respiratorio de un ser humano requiere una cantidad de airesorprendentemente pequeo para mantener la vida. Esta cantidad se calculacomo se indica en el Art. 138 del DS132/2004. suministrar aire suficiente para
respirar es una tarea relativamente simple para el sistema de ventilacin; queesta sea de aire no contaminado y con suficiente oxgeno puede ser bastantems difcil .
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MUESTREO DE GASES
Indispensable para evaluar el riesgo de gasesen las minas es el utilizar detectores, ya sea,muestra instantnea y localizada, detectoresautomticos de muestras continuas y alarma
cuando se exceden lmites de seguridad. Paradeterminaciones ms precisas y completas serecurre a anlisis de laboratorio.
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SISTEMA RESPIRATORIO
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Necesidades de aire para el ser
humano El caudal de aire fresco a inyectar para mantener
la vida del ser humano, se puede calcular por el
consumo de O2, o bien por la produccin de CO2,para ello debemos conocer el cuocienterespiratorio (CR) de acuerdo con la actividad
CR = CO2 (expelido)/O2 (consumido)
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Inhalacion de oxigeno y aire en la respiracion humana
actividad Ritmo
Respiratoriopor minuto
Aire
inhaladoPor minuto
cfm
O2
Concumido
cfm
CR
reposo 12 - 18 24 -43 0,01 0,75
moderado 30 90 - 120 0,07 0,90
vigorozo 40 150 0,10 1,00
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Determinacin de caudal de aire en funcin del consumo de oxigeno
0,21Q - 0,1 =0,195Q
Q = = 6,67 cfm195,021,0
1,0
0037,0004,0
10,0
Determinacin de caudal de aire en funcin de la exhalacin de
bixido de carbono
0,0003Q + 0,1 = 4000*106Q
Q = =27,03 cfm
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EFECTOS DE LA DEFICIENCIA DE OXIGENOContenido de Efecto Fisiolgico
oxgeno
17 % respiracin rpida y profunda equiv. A 1700 m.s.n.m.)
15 % Vrtigo , vahdo, zumbido en odo , latido .
13% Prdida del conocimiento en exposicin. prolongadas
9 % Desmayos, inconsciencia.
7 % Peligro de muerte ( equiv. A 8.800 m.s.n.m.)
6 % Movimiento convulsivos , muerte.
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DEFICIENCIA DE OXIGENOEl control de calidad de los gases de mina se
relaciona tambin con el problema de ladeficiencia de oxgeno
La causa ms grave de deficiencia de oxgeno
es la dilucin, que ocurre cuando un gas ajenose introduce en la atmsfera de la mina ,reduciendo as el % del O2 en el aire y crea depor s un riesgo . Estos gases ajenos provienen
de las estratos del depsito o de formacionesadyacentes .
T bi bi d d dil i
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Tambin ocurren procesos combinados de dilucin ydesplazamiento de oxgeno del aire
Ejemplo de proceso combinados queconsumen oxgeno e introducen una impurezaen su lugar. Desde luego , la respiracin de
hombres y la oxidacin de los minerales ;Combustin de llamas abiertas.
Combustin lenta de madera o carbn en susitio.
Mquinas de combustin interna.
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EFECTOS FISIOLOGICOS PRODUCIDOS POR LOSGASES
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Los gases que se encuentran en las minas se puedenclasificar como:
a) GASES NORMALES : oxgeno , nitrgeno , bixido decarbono. ( el N2 y CO2 son impurezas sisu % excede a los normales ).
b) GASES IRRITANTES O ASFIXIANTES : CO , NOX ,, SO2
c) GASES EXPLOSIVOS : CH4, CO , H2S , H2
d) GASES SOFOCANTES : CO2 ,,metano
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CONTROL DE GASES
PREVENCIN
ELIMINACIN
ABSORCIN
AISLAMIENTO
DILUCIN.
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El ms usado es:
El mtodo de ms amplio y exitoso empleo enel control de gases en la minera es la dilucinpor medio de la ventilacin general ancuando no se debe usar como nico medio.
La cantidad de aire fresco necesario para diluiruna impureza, por debajo del lmite permitidoo cualquier otro nivel especificado, se
determina por
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Dilucin Instantnea
QgQ = ---------------------------------
( LPP ) - B
Donde:
Qg = flujo del gas nocivo en c.f.m.
B = concentracin del gas nocivo en aire fresco a inyectar
(LPP) = Limite ponderado promedio (DS 594/2000)
DILUCION POR TIEMPO
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DILUCION POR TIEMPO
generalformula
XQQ
XQQ
Q
YT
g
g
0ln
XQQ
Q
Q
YTXsi
g
gln0
0
X
X
Q
Y
TQsi g0
ln0
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Donde:
Qg= volumen de Gases en CFM
Q = Caudal de aire fresco en CFM
T = tiempo de reentrada en min.
X0 = concentracin inicial
X = concentracin Final
Y = Volumen que se debe limpiar
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Equipo diesel
Los equipos diesel requieren para una buena combustin deuna cantidad de oxigeno suficiente para no producir gasestxicos, para ello el DS132/2006 en su articulo N indica quese deben inyectar a la galera 100 cfm/BHP de potencia del
motor del equipo, y si hay mas de un equipo en el mismocircuito se debe usar
La siguiente formula:
...50,0*100*50,0*100*75,0*100*0,1*100 BhpBhpBhpBhpQ
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Calculo de necesidades por uso deexplosivos
Para el calculo de las necesidades de aire paradiluir los gases de una tronada se deben dedistinguir dos casos como son:
Los kilos de explosivos usados en frentes deavance en los cuales se usa ventilacin auxiliar
Y los kilos de explosivos usados en el arranquede mineral el cual depende del mtodo deexplotacin minera
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Para el caso de usar ventilacin auxiliar sepresentan tres casos:
1.- si se utiliza ventilacin auxiliar soplante, seinyecta aire a la galera para ello se usa la ecuacinde Voronin:
Donde: t = tiempo de re entrada
v = volumen de galera a limpiar m
A = kilos de explosivos quemados Q = caudal de aire fresco a inyectar
3 28,7
AVtQ
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Esta ecuacin es valida siempre que se cumpla lo siguiente:
La distancia desde la frente a la manga debe ser
Donde: s= seccin trasversal de la galeraa= factor de flujo (0,06 -0,08)
= coeficiente de friccind = dimetro promedio de las irregularidades
a
Sl2
115,0
l
dv
500min
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Si el sistema de ventilacines aspirante se debe calcular con la ecuacin de A.I. Ksenofontova
esta ecuacin tiene la restricciones de
y la velocidad mnima debe ser de 15
Si la galera es muy larga y se utiliza un sistema de ventilacin auxiliar mixto osea impelente y aspirante en forma simultanea de debe usar la siguiente
ecuacin:
AASt
Q 756
AVt
Qf
6,15
Sl 3
mimm
2
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Las necesidades de caudal de aire fresco se puede calcular en base alconsumo de explosivos en el arranque de mineral y ello esta en funcin delmtodo de explotacin subterrneo que se use, los que agruparemos deacuerdo al tipo de yacimiento es as que:
los mtodos que se usan en vetas angostas: Skrinkage, caserones abiertos,caserones llenos, etc., en que las son de uso mltiple
Calculo del flujo requerido para mtodos de explotacin con grandes espaciosde trabajo gran rea abierta como lo son sub-level stoping con tiros largos
ASL
t
Q 4,0
VV
st
st Akt
Q 500log3,2
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a= factor de estructura de flujo 0,1 o 0,13 = largo del casern
S = seccin transversal de la galera de inyeccin
Con se busca en la tabla el valor de k
lst
S
a lst
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Mtodos de explotacin en que el espacio de trabajo es no ventilado por unacorriente efectiva de aire como ser sub level caving que es usado en yacimientos semimasivos:
donde: t =tiempo de reentradaA = kilos de explosivos quemadosb = volumen de gas nocivo emitido por un kilo de explosivoba = volumen total de gas emitido por un kilo de explosivoVst = volumen del lugar de trabajoVa= volumen de las galeras de entrada y salida del lugar de trabajo llenas con
gasesCp= limite ponderado permisible del gas nocivoi = indice 0,175 si p< 3 m3/Kg
0,250 si 3< p < 100,300 si p >10
VbAcVbbAV
stapa
aai
tQ
2
log3,2
Ap Vst
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Ventilacin de los lugares de trabajo en el mtodo de hundimientos debloques (Block Caving)para el block caving tradicional es calculado de la siguiente ecuacin
donde Aar= carga arbitrariaA = kilos de explosivos quemadosi =ndice 0,157 si el block a hundir esta pegado a superficie
0,125 si el block a hundir tiene un block encima0,115 si el block a hundir tiene dos o mas block encima
Vd= volumen de toda las galeras llenas con gasest = tiempo de quebrantamiento del block despus de la tronada
Ai
Q
A
VAt
ar
dar
3,40
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para el block caving forzado es calculado de la siguiente ecuacin
donde Aar= carga arbitraria
A = kilos de explosivos quemadosi =ndice 0,157 si el block a hundir esta pegado a superficie
0,125 si el block a hundir tiene un block encima0,115 si el block a hundir tiene dos o mas block encima
Va= volumen de toda las galeras llenas con gasest = tiempo de reentradaVret= volumen de las galeras restantes de entrada y salida del blockCt= emisin total de gases
VA aartQ
50
bAC
CVV
aart
treta
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Contaminantes slidosEl polvo ocupa el 2 lugar entre los
contaminantes del aire que preocupan alingeniero de minas. Los polvos tienen muchoen comn con los gases en cuanto a susmodos de ocurrencia, comportamiento y
control . las suspensiones de cuerposparticulados en el aire son llamadosaerosoles. Entre estos tenemos los deimportancia pulmonar.
Los siguientes principios bsicos de
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Los siguientes principios bsicos decomportamiento son aplicables al control delas partcula :
1.-Las partculas, ya sea slidos o lquidos ,tienen caracterstica similares al estarsuspendidas.
2.-Las partculas de polvo de consecuencias
patolgicas y combustibles estnpredominantemente bajo 10 de tamao( 1 = 0,001 mm).
3.- Las partculas mayores de 10 no semantienen en suspensin en corrientes deaire an de velocidad moderada
4.- Los polvos industriales y mineros tienen
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4. Los polvos industriales y mineros tienen
caractersticamente un tamao medio en elrango de 0,5 a 1.0 u. la actividad qumica
aumenta con el tamao decreciente de laspartculas.
5.- Los polvos por debajo de 10 , que son losde importancia en la higiene industrial, casi notiene peso o inercia y por esto puedepermanecer indefinidamente suspendidos en
la atmsfera . no se puede esperar suasentamiento.
6 - El control de los polvos finos ( bajo 10
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6. El control de los polvos finos ( bajo 10
) que estn en suspensin, requiere elcontrol de la corriente de aire en formaestricta
7.- En el presente se estn estudiando laspartculas en funcin de su tamao entres grandes grupos llamados PM10,
PM05 y PM2,5
Clasificacin de los polvos
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Clasificacin de los polvos
1.- Polvo de accin pulmonar
2.- Polvos txicos
3.- Polvos radioactivos4.- Polvos explosivos
5.- Polvos alergnicos6.- Polvos inertes
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Efectos fisiolgicos
Cualquier polvo, si est presente encantidades excesivas por un lapso suficientede tiempo, puede causar dao patolgico alos seres humanos y ser considerado unpolvo pulmonar. Aparte de la composicin,los factores que determinan el efecto nocivode un polvo dado son: su tamao,concentracin, tiempo de exposicin y lasusceptibilidad del individuo.
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Todo los polvos deben controlarse, cualquiera sea su
clasificacin. An cuando un polvo no sea daino
por su concentracin, el control no debe
abandonarse, ya que, por lo menos, crean
problemas, disminuyendo la visibilidad y creando
un ambiente inconfortable que al mismo tiempo es
un riesgo.
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Cuando los polvos tienen actividad superficial (slice
libre, cuarzo) reaccionan qumicamente con los
fagocitos, los que mueren, se acumulan en los
nodos linfticos y alrededor de los vasos linfticos
de los pulmones, constituyendo la fibrosis de tipo
nodular (tejido cicatrizante) .
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El dao progresa an cuando el individuo nosigue en contacto con el polvo, sin embargo , se
limita cuando los ndulos alcanzan cierto tamao,
de lo que resulta una incapacidad, evidenciada por:
cortedad del aliento, respiracin trabajosa, dolores
al pecho , tos, prdida de fuerza, esputo
sanguinolento .
Afeccin respiratoria
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Afeccin respiratoria
El efecto menos daino es la pigmentacin y
la cortedad del aliento. Adems, laexposicin a excesiva concentracin de todos
los polvos aumenta la frecuencia de las
afecciones respiratorias benignas (resfriados,influenza ) y puede empeorar las
enfermedades respiratorias existentes (asma,
TBC) .
En su accin ms daina el polvo produce
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En su accin ms daina, el polvo produceuna enfermedad fibrosa o no fibrosa ,conocida como neumoconiosis , cuyo
nombre depende del polvo que la ocasiona :
Silicosis (tisis del minero ) por slice
libre . Silico tuberculosis ( complicacin deTBC por slice ).
Asbestosis, por asbesto
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Silicatosis, por otro silicatos
Siderosis, por Hierro o sus minerales
Antracosis, por carbn , incluyendo
bituminosos y antracita.
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Determinaciones del polvo en suspensin
El primer paso en el control del polvo es la
evaluacin de la extensin del riesgo. Al contrario
de los gases, el polvo puede no causar daos
patognicos inmediatos: sus efectos slo se hacen
evidentes varios aos ms tarde.
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Por esto se justifican las determinaciones analticasdel polvo, an cuando ellas consumen mucho ms
tiempo que las comparativamente rpidas
determinaciones tcnicas de los gases. Las fases
del proceso son el muestreo y el anlisis; steltimo incluye concentracin, tamao de partculas
y composicin.
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PREVENGA QUE EL POLVO LLEGUE A
SUSPENDERSE EN EL AIRE
Cualquier esfuerzo gastado en controlar lasmaterias particuladas antes de que lleguen aser suspensiones areas, redundar en uncontrol ms simple y econmico, tanto en lasuperficie como en el interior de las minas.
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EFECTOS FISIOLOGICOS YRESULTADOS FINALES QUE SE
TENDRAN SI NO SE CUMPLE CON LASMEDIDAS DE PREVENCIN DE
RIESGOS COMO EL USO DE LOSELEMENTOS DE PROTECCIONPERSONAL Y EL TRATAR DE NO
CONTAMINAR
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Efectos fisiolgico del polvo pulmonar
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Efectos fisiolgico del polvo pulmonar
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Introduccin.
Se denomina CONTROL DE CAUDALES alcontrol del movimiento del aire, en direccin ymagnitud.
La VENTILACIN es el principal proceso deacondicionamiento del aire relacionado con elcontrol de la circulacin de este fluido.
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La ventilacin de minas es un ejemplo de unproceso de "flujo constante", esto es, aquel en
el cual el fluido est continuamente en
movimiento en una direccin lineal a travs de
un conducto.
El principio de la conservacin de la energa
aplicado al flujo de fluidos en
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dos secciones de un ducto, expresa que laenerga total en la seccin 1 es igual a la
energa total en la seccin 2, ms las prdidas
o ganancias de energa de flujo que ocurren
entre 1 y 2.
(Energatotal)1=(Energa total)2+(Prdidas de
energa)1-2
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Sustituyendo la expresin por los variostrminos de energa y despreciando el cambio
menor de energa interna, resulta la siguienteecuacin general
EEEEEVSVS
2211
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ECUACION DE BERNOUILLI
Donde: = energa esttica ; = energa dinmica.
= energa potencial y = prdida o ganancia de energa.
LHZgVPZ
gVP 2
2
221
2
11
22
P
g
V
2
2
z LH
Cada trmino en la ecuacin es actualmente energa
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g
especfica en unidades de
La versin de la ecuacin del BERNOUILLI, es modificada
para ser utilizada en los clculos de ventilacin, ya que
permiten relacionar todas las variables del flujo entre 2puntos cualesquiera del sistema.
HT1= HT2+ HL
Hs1+ Hv1= Hs2+ Hv2+ HL
pies
libra
librapies
Donde : Hs = cada de presin esttica
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s
HV= cada de presin dinmica
HL = prdida de Cadas de presin
Esta frmula es correcta para ductos en cualquier posicin,siempre que todas las medidas de presin y los clculos se
hagan sobre la base de presiones manomtricas.
La prdida de carga en el flujo de fluidos se compone de dostrminos, prdidas friccionales Hf y prdida de choque, Hx:
HL= Hf+ Hx
Las prdidas de carga deben ser superadas por la
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Las prdidas de carga deben ser superadas por laenerga suministrada al sistema del fluido. Estaenerga est disponible en forma de presinesttica; y las prdidas, tanto friccionales como dechoque, ocasionan mermas en la carga estticadel fluido.
Clculo de carga de presin.
Cada de presin dinmica.
222
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2
22
10982,5602,3222
VV
g
VHV
2
2
3
2
min
2,5lg1
2,32
pieV
pie
librapu
pielibras
seg
piesg
Donde:
Perdidas de Cada de presin por friccin
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p p
2
2
222
2,5
602
075,0
42,5242
VLAPKH
V
gR
Lf
g
V
R
Lfg
V
D
LfH
HHH
f
hh
f
xfL
P
ARh
Ecuacin de Darcy-Weisbach
Ecuacion de Atkinson
Perdidas de Cada de presin por choque
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2
1098
VXHXH
vx
xf HH Si suponemos que
22
10982,5
V
XVL
A
PK
Despejando L de la ecuacin anterior y determinando
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p j y
A
P
K
X
L
A
P
X
KP
AX
KL
e
e
1010102
43132
101098
2,5
Largo equivalente en pie
Coeficiente geomtrico
Coeficiente de friccin McElroy
Permetro en pie
rea en pie cuadrado
Densidad del aire en libras/pie cubico
Por lo tanto las prdidas totales o HL queda como
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resistencia a R y lo determinamos con
la ecuacin siguiente:
3
2
3
2
2,5
2,52,5
ALLPKR
AAreaVVelocidadQCaudal
Q
A
LLPKV
A
LLPKH
e
ee
L
Llamaremos :
Por lo tanto podemos escribir que la cada de presin es:
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6346
QHPa
2QRH
p q p
Ley de Atkinson o ley de la VentilacinPotencia del Aire.
Puesto que la potencia es la razn del trabajo y el tiempo, lapotencia requerida para vencer las prdidas de Cada depresin en una corriente de aire, llamada la potenciaaerodinmica Pa es :
(HP)
CIRCUITOS BSICOS DE VENTILACIN
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CIRCUITOS BSICOS DE VENTILACINLos tipos bsicos de combinacin de ductos y galeras en
un sistema son el serie y el paralelo. Adems de estosse presentan combinaciones complejas llamados mixtos.
Circuitos en serie:
El flujo en serie resulta cuando todas las galeras se
conectan extremo a extremo, la energa en los circuitos en
serie es elevada. Para un caudal dado, las cadas son
acumulativas, las resistencias son acumulativas
d
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nT
nEq
nT
HHHH
RRRR
QQQQ
................
............
...........
21
21
21
a b cd
Circuito en paralelo :
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p
En el circuito en paralelo el flujo total de aire se divide
entre las galeras. En ventilacin esta prctica sellama particin y las ramas del circuito se llamancaminos, todo los caminos tienen sus extremoscomunes.
La particin natural permite al flujo de aire repartirseentre las ramas, segn su resistencia y sin regulacin,en relacin inversa a la resistencia de cada galera.Cuando las galeras estn dispuestas en paralelo, el
caudal total es la suma de los flujos en las galerasindividuales :
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0
21
Q
QQQQ nt
Ley de Kirchoff
a b
Q1
Q2
Qt
La cada es la misma, a travs de cualquier rama conectada enl l
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paralelo:
ne
n
RRRR
HHHH
H
1111
0
21
21
Por lo tanto la Resistencia equivalente se determina como:
La solucin de problemas de flujo en paralelo que incluyen particin
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La solucin de problemas de flujo en paralelo que incluyen particinnatural, est comnmente basada en la resistencia.
Generalmente se trata de determinar el caudal que fluir en cada
rama, conociendo el caudal total y las resistencias individuales.Puesto que HL es constante y
1
1
R
RQQ
e
t
Circuitos controlados
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Circuitos controladosPara controlar las particiones en los circuitos en paralelo esnecesario regular los circuitos para ello es necesario determinar la
magnitud (Hx), ubicacin y tamao del regulador (AR).
ZXX
ZN
ANAR
2
Z= factor de contraccin para galera cuadrada= 2,5
AR
A
CIRCUITOS MIXTOS
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Los circuitos mixtos son mas complejos de Calcular la resistenciaequivalente, ya que se forman tringulos y es necesario
transformar en estrellas con las identidades de Kennelly, pero anteses necesario determinar el sentido del flujo en la diagonal
3
4
5
1
3
4
5
1
3
4
5
1
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
a
c b
d
Donde:a-c= R4a-b=R1b-d=R5
c-d=R3C-b=R2
No hay flujo
Flujo de c b
Flujo de b c
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Las redes son consideradas complejas cuando losi i l l l f b
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circuitos paralelos que las forman se sobreponen einterconectan. Si prevalece la particin natural, lasolucin directa o exacta se hace imposible para todosexcepto los ms simples entre los circuitos complejosporque tanto la direccin como la magnitud del flujo engaleras que se interceptan, son desconocidos.
Scott y Hinsley han aplicado a la ventilacin de minas unmtodo de aproximacin sucesiva, basado en las leyesde Kirchhoff de los circuitos elctricos y desarrollado porHardy Cross. Utiliza la siguiente terminologa, relativa ala teora de redes :
1. Un nudo o nodo es un punto donde convergen
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tres o ms galeras.
2. Una rama es un segmento de galera entre dos
nudos o nodos3. Una malla es un camino cerrado, en el recorrido a
travs de una malla. Se hacen las siguientessuposiciones :
a.- La ley de Atkinson (como se plantea enecuacin es vlida HL= R Q
2)
b.- La ecuacin de continuidad de flujo se
mantiene en los nodos o nudos. c.- Elcambio total de presin en un circuito
cerrado debe ser cero.
Para resolver problemas de mallas complejas estas se realizan poraproximaciones sucesivas y se sigue el siguiente procedimiento :
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aproximaciones sucesivas y se sigue el siguiente procedimiento :1) Se supone alguna distribucin del flujo, incluyendo un caudal
total y direccin, la magnitud del flujo en cada galera. Debeprocurarse lo ms correcto, lo que reduce las iteraciones.
2) Compute HLpara cada rama, basndose en el caudal supuestoyla resistencia de cada galera.
3) Compute la cada global de presin para cada malla,suponiendo
como direccin positiva la de los punteros del reloj; con esto :
HL= R Q/Q/
4) Compute en cada malla la suma de los productos 2
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R Q, sin referencia a signo.
5) Calcule un flujo correctivo x para cada malla
6) Sume, algebraicamente, una correccin al flujooriginal en cada malla de lo cual forma parte :
ijij
ijijij
J
QR
QQRX
2
//
7) Si algn XJ distinto de 0 o de un error estimado de debe corregirl d l Q d d Si t d l X i l l
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el caudal Q dado. Si todo los Xj es igual a cero o al errorestimado se terminan las iteraciones y nos entregara losresultados.
8) Se corrige el Caudal como sigue:
jijij XQQ
Donde i es la rama de la malla j
Una vez realizada esta correccin se vuelve a realizar elpunto 1 al 8, hasta que se cumpla el punto 7
INSTRUMENTACCION Y MEDICION DEL AIRE
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INSTRUMENTACCION Y MEDICION DEL AIRE Introduccin.
En los sistemas de ventilacin de minas en operacin, elingeniero est frecuentemente relacionado con la medicin ydeterminacin de varias propiedades del aire como ser :
- Calidad del aire
- Temperatura (seca y hmeda).
- Presin baromtrica o atmosfrica.- Densidad.
- Velocidad.
- Caudal.
- Cadas de presin (esttica, dinmica, total)
El propsito de efectuar mediciones de la ventilacin.Aparte de verificaciones locales de la direccin y magnitud de
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Aparte de verificaciones locales de la direccin y magnitud dela corriente de aire, se efectan aforos sistemticos yperidicos para conocer informacin ms detallada, por las
siguientes razones :
1) Para obtener conocimiento acerca de la extensin y adaptacindel sistema existente, en el cumplimiento de requerimientos,normas y regulacin especficas.
2) Para disponer de informacin necesaria el caso de emergencia odesastre subterrneo, tal como un incendio, explosin, grandes
derrumbes, etc.
3) Para planificar el mejoramiento de las condiciones
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ambientales presentes o la eficiencia del sistema en servicios.
4) Para adoptar medidas para la ampliacin o modificacin de laexplotacin, instalacin de nuevos ventiladores, cambios en
los circuitos, etc.
INSTRUMENTACCION
Los equipos necesarios para medir los parmetros antes
mencionados son:
Calidad del aire:
Muestreadores de Gases
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Muestreadores de GasesMuestreadores de Polvo
Temperaturas:
Psicrmetro
Presin atmosfrica:Barmetro
Aneroide
Hipsmetro
Densidad :
d 3780325,1
PP
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se determina 378,00 s
d
PPT
Velocidad :Anemmetro
Caudal :
Se determina Q = V Area :
Se mide o se determina
Cada de presin:Tubo Pitot + Manmetro diferencialSe determina
SISTEMAS DE VENTILACION
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LOS SISTEMAS DE VENTILACION SON:
VENTILACION PRINCIPALVentilacin natural
Ventilacin Mecnica
VENTILACION AUXILIARSistema Impelente
Sistema Aspirante
Sistema Mixto
VENTILACION NATURAL
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Solamente loa fuerza natural puede crear y mantener un flujo sustanciales
bsicamente energa trmica, en verdad una diferencia de temperaturas,normalmente el aire de las minas es calefaccionado por el paso de el por loslugares de trabajo y por las galeras sumando el calor irradiado pormaquinas y luces, por auto compresin del aire, por efecto de la friccin,etc., esto es suficiente para producir una perdida de cada de presin.
Las caractersticas de la ventilacin natural, dependen sobre todo de ladiferencia de elevacin de la superficie y los lugares de trabajo de la mina, yde la diferencia de temperaturas dentro y fuera de la mina
En conclusin la ventilacin natural es inestable, es no confiable, cambia desentido, debido fundamentalmente a las diferencias de temperatura.
direccin y la intensidad de la ventilacin
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natural
Para determinar la direccin y la intensidad de la ventilacinnatural, en circuito simple se debe observar y seguir el siguienteprocedimiento:
visualizar dos columnas de igual largo que une un tramo
horizontal como lnea de referencia considerar los cambios temperaturas de la superficie en verano
como en invierno y durante el da y la noche
La columna de aire frio desplaza a la columna de aire caliente, elaire frio es mas denso que el aire caliente
La direccin del flujo es de mas frio al mas caliente, en otraspalabras de la columna mas pesada hacia la columna masliviana
CALCULO DE LA PRESION NATURAL
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Sabemos que la densidad del aire se incrementa progresivamente, pero no enforma lineal, tomado el fondo de las columnas, emplearemos la diferencia depresin entre dos puntos del sistema, fondo de la columnas:
P0
arreglando e integrando
RT
L
RT
dlp
p p
dp
AdtRT
pAdl
RT
pvw
p
p
L
1
2ln
0
2
1
Ventilacin natural
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con las presiones absolutas en el fondo de cada columna p2 y p3podemos
determinar la diferencia de presin, donde T es la temperatura seca mediade cada columna, R la constante universal de los gases y L el largo de lacolumna.
mtodo 1
RT
L
P
pl
PPH
n
n
2
1
326,13
Mtodo 2, usando las densidades medias de cada columna (w) y Tstemperatura seca
absoluta de cada columna
3251
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Mtodo 3 usando las temperaturas secas de cada columna
donde
Mtodo 4 usando las temperaturas de los collares y fondo de cada columna
Mtodo 5 ecuacin de Lagrange
wLT
L
w
TTH
wwH
ppT
du
n
udn
ss
2,5
378,0325,1
0
2
TT duT
T
TTTp
Ht
t udR
L
RL
n
4
3
2,51
21
piesFin o
nH 100//03,0 10
DE VENTILACION MECANICA
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EQUIPOS DE VENTILACION MECANICA
PLANCHA ACERO (RADIAL)VENTILADORES CENTRFUGOS CURVADO HACIA DELANTE
CURVADO HACIA ATRAS
VENTILADORES AXIALES TUBO AXIALGUIA AXIAL
DINMICOS COMPRESORES
DESPLAZAM. POSITIVO
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VENTILADORE CENTRIFUGOS
LOS VENTILADORES CENTRIFUGOS SU DISEO NOS PERMITE CALCULAR LA CAIDA DE
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LOS VENTILADORES CENTRIFUGOS SU DISEO NOS PERMITE CALCULAR LA CAIDA DEPRESION QUE GENERAN :
VENTILADOR RADIAL O PLACA DE ACERO
Ventilador curvado hacia delante
donde: Vt=velocidad tangencial de paletas
Vr =velocidad radial del aire
D = dimetro del ventilador
Ventilador curvado hacia atrs b = ancho del ventilador
n = RPM
A = rea del ventilador
g
wVh
t
T 2,5
2
g
w VVVH
rtt
t 2,5
cot
g
w VVVH rtt
t 2,5
cot
A
Q
Dn
V
V
r
t
60
60
DbA
Ventilador axial
L il d i l l i j i l l l l
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Los ventiladores axiales, toman el aire en su eje axial, por lo cual lavelocidad tangencial del aire es la diferencia de velocidades producida(V1-V2) , por lo tanto la ecuacin de la cada de presin producida es la
siguiente:
En estos ventiladores las aspas pueden se colocadas en diversos ngulos oposiciones, lo que permite tener en un mismo ventilador varias curvas, lo
que es una ventaja respecto a los centrfugos
La eficiencia de un ventilador es calculada de la siguiente manera yexpresada en %:
g
w VVVH
t
t 2,5
21
100PP
m
a
Ley de los ventiladores
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Los parmetros de los ventiladores son :caudal (Q), Cada de presinEsttica o total (Hs o Ht ), la potencia mecnica (Pm) y la eficiencia (), los
que pueden variar si se modifica la velocidad rotacional (n) rpm, y/o eldimetro del ventilador (d), y/o la densidad del aire (w).
ley 1 ley 2 ley 3
parmetros Cambia n
Constante w, d
Cambia dimetro,
Constante w , dn
Cambia w
Constante n,dcaudal directa cuadrado constante
caida cuadrado constante directa
potencia cubo cuadrado directa
eficiencia constante constante constante
Los ventiladores se pueden conectar en serie o paralelo segn sean las
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p p gnecesidades de la mina:
Para ello se suman las curvas caractersticas de los ventiladores:
Si es en serie se suman las cadas y se mantiene constante el caudal
Si es en paralelo se suman los caudales y se mantiene constante la cada
En los ventiladores es posible recuperar energa, si se instalan en la salidade los ventiladores Difusores o chimeneas de ventilacin, los difusores enel interior de la mina y en las descargas a superficie las chimeneas, con lasiguiente ecuacin se pueden determinar
0
222
2
22
2
6346
11
10981098
Q
ww
HP
AA
Q
VVH
r
r
ef
c
efcr
SITEMAS DE VENTILACION MECANICA
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Sistema ImpelenteEs cuando el ventilador se coloca en la entrada de la mina yeste inyecta o sopla aire dentro de la faena
Sistema Aspirante
Es cuando se coloca el ventilador en la salida de la mina y este
aspira el aire de la faena, extrae el aire viciado
Sistema Mixto
Es cuando el ventilador se coloca en el interior de la mina y
aspira aire fresco de la entrada y sopla aire viciado hacia lasalida, ambos sistemas anteriores
La ventilacin mecnica est dada por lasid d d d l l did d d
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necesidades de caudal y las prdidas de cadadeterminadas para la mina.
Con estos parmetros se selecciona el o losventiladores necesarios para cubrir lasnecesidades determinadas para tener unambiente confortable con una contaminacincontrolada dentro de los mrgenes permitidos
VENTILACION MECANICA Y NATURAL
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Un sistema de ventilacin mecnico nunca es puro ya que
siempre est presente la Ventilacin Natural, la que puedeestar trabajando en el mismo sentido de la ventilacinmecnica, en este caso, ayuda a ventilar la mina. En casocontrario puede estar trabajando en sentido contrario a laventilacin mecnica, as, la ventilacin natural trabaja comouna resistencia
por lo que se deben determinar las cadas efectivas de la minay las cadas actuales de los ventiladores.
Las principales aplicaciones de la ventilacin auxiliarpueden agruparse en tres categoras:
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pueden agruparse en tres categoras:
Suministrar aire a frentes de trabajo en puntos
muertos, tanto de desarrollo como de produccin(control de caudales).
Proporcionar aire no contaminado a frentes detrabajo en ambientes contaminados (control decalidad).
Proporcionar aire acondicionado a frentes de trabajoen ambientes inconfortablemente clidos o fros
(control de temperatura-hmeda).
VENTILACION AUXILIAR
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La ventilacin auxiliar tiene por objeto
solucionar problemas de ventilacin de loslugares de trabajo cuando la corrienteprincipal de ventilacin sea inadecuada oinsuficiente. Lo anterior nace en el continuoavance de las frentes de trabajo ms all delalcance de la ventilacin principal lo cualorigina frentes ciegos o extremos muertos.
Clculo de un sistema de Ventilacin Auxiliar
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Debe tenerse presente que el ventilador debe
proporcionar presin suficiente para entregar aire ala frente a travs del ducto y para retornar a lacorriente principal de ventilacin.
En el clculo de sistemas largos, con cadas de presinde 1 p si go mayor, no pueden ignorarse los efectosde compresin, por lo cual debe usarse la frmulapara aire comprimido (ec. 5-23). En sta se usa K
=0, 0006 para tubo de metal y 0.0007 para tuboflexible.
LQkPP c
2
22
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d
L
Q
P
Donde
dPP
521
Presin en psi
Caudal en cfm
Largo de la galera
Dimetro de la manga
Ventilacion auxiliar impelente
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En este caso las variables conocidas son:
ckd
L
QP2
Ventilacion auxiliar aspirante
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En este caso las variables conocidas son.
ckd
L
QP1
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Al disear un sistema de ventilacin debe
tomarse en cuenta como punto bsico departida el mtodo de explotacin, o sea, laventilacin y el mtodo son complementariosuno del otro y su objetivo comn es el desuministrar aire a los diversos lugares detrabajo en las cantidades deseadas, lo queconstituye la distribucindel aire.
CONTROLES DE LA VENTILACIN
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La distribucin efectiva del aire se logra mediante lainstalacin de varios dispositivos de control en lasgaleras. Su uso y ubicacin, an cuandodeterminados por las necesidades de la ventilacin,deben siempre procurar el mnimo entorpecimientodel trfico de la mina y de produccin
PUERTAST l
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Temporales
TAPADOS Permanentes
SELLOS DE AIRE (doble Puerta)
REGULADORES
CORTINAS DE LONA
Economa en los flujos de aire
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Las galeras se construyen con algnpropsito, como ser de produccin, deservicios, de transporte, de ventilacin, o con
propsitos mltiples, en nuestro caso sersolo de ventilacin ya que por ellas solo setransitaran los flujos de aire de ventilacin,por lo cual el tamao de ellas estarrelacionada con las variables que intervienenpara lograr flujos econmicos
En este caso recordemos que la potencia se relacionacon la cada de presin y el caudal y la cada de presin
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con la cada de presin y el caudal y la cada de presincon la resistencia y el
caudal al cuadrado por lo tanto la potencia esproporcional al caudal al cubo y esta proporcionalidadesta relacionada con las caractersticas de las galeras,como ser el rea, el permetro, y el coeficiente de
friccin, producto de las irregularidades de la superficiede la galera y si es recta o curva, por lo tantodepender del tipo de construccin y forma de ellas yde sus costos
Los costos
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Los costos se componen de costos fijos y variables, en
este caso los costos fijos son los costos deconstruccin de la galeras y de las instalaciones (ventiladores, montaje, etc.) y los costos variables sonla energa la mantencin, los impuestos y estos lospodemos relacionar de esta forma:
Costo anual= inversin -recuperacin de capital +tasade impuestos anuales + mantencin anual + costo
anual de energa
Si consideramos una galera circular podremos
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determinar el dimetro econmico para un
flujo determinado con la siguiente ecuacin:
LQ
cLL
ckcxD
e
e
c
307 41025,6