9. perdidas de presión por choque y otros conceptos

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PERDIDAS DE PRESION POR CHOQUE Y OTROS CONCEPTOS

Obstrucciones Cadas de Presin por Choque. Obstrucciones.

Gradientes de Presin. Fugas de Aire.

Dr. Felipe Calizaya - [email protected] - Consultor Intercade

2

PERDIDAS DE PRESION POR CHOQUELa prdida por choque HX, ocurre toda vez que lacorriente de aire cambia de direccin.

Ej lEjemplos:

1. Uniones y codos

2. Cambio de seccin delducto


Estas representan entre el 10 y 30 % de la prdida totalde presin.

3. Obstrucciones


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ESTIMACION DE PERDIDAS POR CHOQUEDos Mtodos: Presin de Velocidad y

Longitud Equivalente

1. METODO DE PRESION DE VELOCIDAD, Hx

vX HXH *= X= Coeficiente del choqueX vara con cambio brusco en direccin del aire y Hx esfuncin de resistencia de choque Rx.

H l l d d


Donde A = Area transversal del ducto y w = densidad del aire

2** QRHXH XVX == 221098

*AwXRX =

Hx es calculado de:

4

PERDIDAS POR CHOQUE - EJEMPLO 1Dados los datos siguientes:

Q3 = ?3"4.0=XH

Determine el coeficiente de choque X.

Q1 = 334 kcfm Q2 = 193 kcfm

D = 19 p3

1

Solucin: VX HXH *=2

1098*

= VwH v


Solucin: VX HXH 1098 Q3 = Q1 + Q2 = 527 kp/min A3 = 283.5 p2

V3 = 1860 p/min Hv3 = 0.22 pulg.H2O X = 1.82


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2. METODO DE LONGITUD EQUIVALENTEPor este mtodo, la prdida por choque es expresadoen trminos de longitud, Le.

ESTIMACION DE PERDIDAS POR CHOQUE

Dados los datos:

g ,

APH =1L 21

1 PH = HH

Caso A

Caso B

075.0=w PerARH /=


2L + Le

BPH =2 12 HH Caso B

2312 2.5

)(** QA

LeLPerKHHH X+=+=

KXRLe H

*10*3235

10=

6

PERDIDAS POR CHOQUE - CODOSTIPO DE CODOS: RECTANGULAR Y CURVILINEO El coeficiente X es calculado como sigue:

260 90*

6.0

= am

X

d

R

R

2

2 90*25.0

=

amX

m = R/b

Rectangular:

Curvilneo:


Se recomienda usar: R = 2*d

A A bd

Seccin A - A

= Defleccin

a = d/b; Aspecto d = alto; b = ancho

R = Curvaturam = R/b


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PERDIDAS POR CHOQUE - EJEMPLO 2

Un ducto de 8 x 8 de seccin (K = 100 E-10) contiene un codo puntiagudo de 90. Determine la longitud, Le.

XS: 8 KXRLe H

*10*3235

10=

RH = A/Per = 2 pies

r Solucin:

26.0

= XSeccin transversal:


d = 8

b = 8

90*amX

m = r/b; a = d/b; = 90X = 1.2; Le = 78.

Seccin transversal:

8

PERDIDAS POR CHOQUES

CONSIDERACIONES PRACTICAS

Utilice valores moderados de K Utilice valores moderados de K K = 45 E-10 para galeras de entrada

K = 60 E-10 para galeras de expulsin

Utilice longitudes equivalentes (LT = L + LE)


g ( T E)

Mida la longitud del ramal y aumente del 10 al 15 %para compensar por estas prdidas.


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Motord

PERDIDAS POR CHOQUES

CONSIDERACIONES PRACTICAS

Motor

R = 1.5 * d

R

d

Ej l


Ejemplo:Disee el acople entre ventilador (d = 6) y la chimenea (8)Solucin:R = 1.5 x d = 9, luego, el coeficiente X = 0.11Para Q = 100,000 cfm, la prdida Hx = 0.1 in.w.g.

10

GRADIENTE DE PRESIONESEs la representacin grfica de la ecuacin de Bernoulli

TresEs una manera de contabilizar las cadas de presin

Sistema soplante (presin +)

Ventilacin auxiliar de un desarrollo largo

Tres Casos:

Sistema soplante (presin +)Sistema aspirante (presin -)Sistema combinado (presiones + y -)

Ventilador secundario Ventilador

F t


Ventilador Primario

Ducto Rgido Ducto Flexible

Frente


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Procedimiento para representar la gradiente:

Empiece con HT en la parte ms alejada del ventilador

GRADIENTE DE PRESIONES

Empiece con HT en la parte ms alejada del ventilador.

Dibuje la HT primero y luego la HS (esttica).

HT siempre disminuye en la direccin del flujo.

La HS siempre est debajo de la HT (total).


Asuma HX (choque) = o cerca del ventilador.

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1. SISTEMA SOPLANTE (PRESION +)

HT = HS + HV+ Presin


1 2

T S V

HvReferencia

HS1 HS2HT

LongitudHv


Ventilador

El ventilador aumenta la presin del aire por encima de PB Todas las presiones son positivas, excepto la PT de

entrada


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2. SISTEMA ASPIRANTE (PRESION -)

HfPresin +


1 2

HT = HS + HVHvReferencia

HS1HS2Presin -

HT


Todas las presiones son negativas (por debajo de PB)con excepcin de la presin de descarga.

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GRADIENTE DE PRESIONES3. SISTEMA AUXILIAR CON VENTILADOR SECUNDARIO

(incluye presiones y +)

HTHv

Referencia

HS2

HS3

Presin -

Presin +

HS4

Hs


La gradiente de HS est siempre por debajo de la de HT

2 31 4


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POTENCIA DEL AIRE Es la potencia necesaria para superar las cadas de

presin.

Representa ms o menos el 60 % de la energa total

Potencia del aire (Pa):

Representa ms o menos el 60 % de la energa totalconsumida por los ventiladores.

6350* QHPa T= )( hpQHP )(


QHPa T *= )(W Potencia Mecnica (BHP):

= eficiencia del ventilador

aPBHP =Donde:

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POTENCIA DEL AIRE - PRINCIPIOS BASICOS

F2F1 Q = V*A

Qu trabajo se necesita para mover un volumen de aire Q por una distancia L en un segundo?

L

AALFW **= QP

tWPw *)(==


Costo anual de energa:

W = Trabajo; F = Fuerza; L = Longitud; A = Area

365*24*)/($*746.0* kWBHPC =


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ESTIMACION DE ENERGIA CONSUMIDA

Mtodo 1. Midiendo la corriente I y el voltaje E

*** CPFEIkW

= Corriente, AmpsE = Voltaje Voltios

1000CkW =

746.0*BHPkW =

E Voltaje, Voltios

PF = Factor de PotenciaC = 1 (monofsico)

= 1.73 (trifsico)

Mtodo 2 Midiendo la torsin y velocidad del motor


Mtodo 2. Midiendo la torsin y velocidad del motor

5250* RPMTBHP = T = momento de torsin, lb-p

RPM = velocidad del motor

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Ejemplo: En base a las siguientes mediciones:Presin del ventilador, HT = 20 H2O. @ h = 70 %Caudal, Q = 1,000 cfm, Costo, c = 5c/ kWh

ESTIMACION DE ENERGIA CONSUMIDA

Determine el costo anual de operacin (energa)

Solucin: = 4500 hp= *6350* QHBHP T

365*24*)/($*746.0* kWBHPC =


)(

= $1,470,000/ aoEl costo de operacin vara con los factores que afectan laresistencia de la mina (seccin, rugosidad, longitud, etc.).

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OTROS FACTORES IMPORTANTES

Entre otros factores que afectan la R de la mina estn:

1. Tamao de la excavacin: 51R 1. Tamao de la excavacin:

El dimetro es el factor ms importante.

2. Forma de la excavacin:

5DR

2/1APerSF =


El crculo es la forma ideal con un SF = 3.54

Para otras secciones R es corregido usando estos factores:W:H = 2:1; correccin, RSF = 1.2 W:H = 4:1, RSF = 1.41

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FUGAS DE AIRE Y DISEO ECONOMICO DE CONDUCTOS DE VENTILACION

Fugas de Aire Fuentes Fugas de Aire Fuentes.

Maneras de Reducir Fugas.

Diseo Econmico de Pozos y Galeras de Ventilacin.


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21

Principales Fuentes de Fuga

FUGAS DE AIRE

Muros y Puentes.

Maneras de evitar Fugas Instalacin adecuada de controles.

Inspecciones peridicas.

Puertas y Reguladores.


Mantenimiento.

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FUENTES DE FUGA

Muros, puertas y puentes son usados frecuentementepara separar el aire limpio del aire viciado.

Estas estructuras causan prdidas de aire limpio.

En minas metlicas las fugas representan ms del 25 %del aire suministrado por los ventiladores.

E i d b t did l l 60 %


En minas de carbn, estas prdidas alcanzan al 60 %.

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23

DOM Fans

Shaf

t 1

Sha

ft 2

Tuan FansSalidas Salidas

Fugas

FAS

RB

H

Conveyor

Production

U/cut

R

BH

# 3

EES

S

Shaf

t 4

DO

Z V/

R

Shaf

t 3

Ram

IOZ Mine

/R 1

1

400 gpm

2000 gpm60 gpm

200 gpm

GBT FanSalida


3186 L

F

MR

DOZ Mine

MLA Drifts

DOZ Intakes Undercut

Production

Crusher/Conveyor

Exhaust Galleries

BS D

Ramp B

Ramp AV/

2986 L

700 gpm

2100 gpm

Entradas

Zona Activa

Seccin Vertical de una Mina Metlica

Fugas

24

V- 12 Conducto de Entrada

Difusor

Cmara de Acople

Socavn 1

V- 14

Motor

D


VentiladorPuertasDobles

D

DETALLES DE INSTALACION DE DOS VENTILADORES

Fugas

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25

Frente A

R

3

4Fugas de Aire

C-2

0

C-3

0

Frente B

E t dSalida1

2

5

6

87

XC-3

XC-1

XC XC

Referencias

# de Estacin Entrada1


FUGAS DE AIRE EN MINAS DE CARBON

Entrada

Banda

Salida

R SalidaRegulador

Puente

MurosR

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Muros de Muros de VentilaciVentilaci

Puntos de Fuga

nn


FUGAS DE AIRE EN LABORES DE DESARROLLO

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27

CUANTIFICACION DE FUGAS DE AIRE

% de Fuga: 100Q

QQ%LT

ET =

Resistencia de los tabiques:

PR 2=

QT = Caudal total del ventilador, cfm QE = Caudal requerido en frentes, cfm

Donde:


tabiques:Q

R 2d

e

Donde: Re = Resistencia de un grupo de murosP = Presin media; Qd = Prdida de caudal.

28


MUROS METALICOS

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29


PUERTA DE VENTILACION EN MURO DE CONCRETO

30

Muro sinttico y ventana de

control


Punto de Fuga

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31

CUANTIFICACION DE FUGAS (EJEMPLO)

XC-1

32

XC-2

9

n = 103

1 2Entrada

a b1 c1 d1 e

Salida4 3

1 1a2

b2 c2 d2 e2

Banda

Ventilador

Resultado de Mediciones:


Resultado de Mediciones:Estacin Caudal, kcfm Cada, H2O

4 392.00 3.27

3 308.00 1.29

% L = ?

Solucin: % L = 21 %; Re = 0.32 P.U. para 103 muros.Re = ?

32

600

750

900

ion,

Pa

Correa y Salida

Entrada y Correa

0

150

300

450

600

1 2 3 4 5 6 7

Cai

da d

e Pr

es

7 16 31 45 60 75 89


1 2 3 4 5 6 7

Numero de Cross-cut

7 16 31 45 60 75 89

CAIDAS DE PRESION VS. NUMERO DE RECORTES

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33

El objetivo de un diseo de ventilacin es el de reducir lasfugas.

MANERAS DE REDUCIR FUGAS

Tcnicas para reducir fugas:

Incluya todos los controles en el diseo. Construya muros permanentes usando materiales

resistentes (a alta presin). Selle las uniones de las puertas de mayor uso con


Selle las uniones de las puertas de mayor uso contabiques de goma.

Instale puertas dobles cerca del ventilador.

34

Puerta en muro de concreto


Muro anclado a las paredes de

la galera

9. perdidas de presión por choque y otros conceptos

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