programa de asignatura-servicio civil

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

CLASES

Miércoles: 5 – 6 sala 303

Viernes : 3 – 4 sala 303

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

PARTES DE UNA BOMBA

VÁLVULA DE PIE Y VÁLVULA DE RETENCIÓN

CIRCUITO DE DRENAJE SUBTERRÁNEO

CURVA CARACTERISTICA DE OFERTA DE LA BOMBA

CURVA DE REDIMIENTO DE LA BOMBA

MOTOBOMBA DE 3” x 3” CON MOTOR DIESEL

CUNETAS

BOMBAS SUMERGIBLE GRINDEX

BOMBA SUMERGIBLE GRINDEX

BOMBAS SUMERGIBLES

BOMBA DE POZO PROFUNDO

COMPRESOR DIESEL

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.

TAREA PARA INVESTIGAR

¿ LE AFECTA LA ALTURA (COTA) AL RENDIMIENTO

DEL COMPRESOR ?

SISTEMA TORNILLO

TRAMPA DE AGUA

APLICACIÓN DE SHOCRETE

PERNO HELICOIDAL INSTALADO

GRUPO ELECTROGENO DE 5.5 KVA

GRUPO ELECTROGENO

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

CABLE TIERRA

AMPERIMETRO DE GANCHO

CABLE A TIERRA

AMPERIMETRO DE GANCHO

TESTER DIGITAL

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

ETAPAS DE INSTALACIÓN DEL SPLIT-SET

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

ECUACIÓN DE CONTINUIDAD

Principio de conservación de la masa

Q v1 v2

A2

A1

dsds

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

ECUACIÓN DE BERNOULLI

PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA

v1 v2

Plano de

referencia

z1z2

p1 p2

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

TUBO PITOT

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

NR > 4000 flujo turbulento

2000 < NR < 4000 flujo intermedio

NR < 2000 flujo laminar

PRESIÓN HIDROSTÁTICA ( Ph )

Ph = (pe)H pe = peso específico del fluido

H = profundidad del objeto en el líquido

H

PRINCIPIO DE PASCAL

LOS LÍQUIDOS TRANSMITEN PRESIÓN

pa = pb = pc = pd = pe

pb

pd pe

pc

pa

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

GRAVAS

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

ACUÍFERO LIBRE

ACUÍFERO CONFINADO

ABASTECIMIENTO DE AGUA A LA FAENA

Rios Campamento

Pozos

ManantialesMina Planta Oficinas

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

µ’ = µ

Φ

1 = Φ

µ’ µ

K = k’ * g

µ’

Finalmente

q = k * Δh

Δl

q = k’ * g * Δh = cond. hidràulica x grad. hidràulica

µ’ * Δl

GRÁFICO DE LAS ALTURAS

Himp

Hsuc

Hws

Hwi

HeleHmt

motobomba

Nivel del

agua

Válvula

de pie

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

CUNETAS

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 de aspiración manométrico hasta 7 m



BOMBA SUMERGIBLE

• Caudal hasta 80 L/min (4.8 m3/h)




PARTES PRINCIPALES DE UNA BOMBA

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.

BOMBA SUMERGIBLE GRINDEX

BOMBAS SUMERGIBLE GRINDEX

GRÁFICO DE LAS ALTURAS

Himp

Hsuc

Hws

Hwi

HeleHmt

motobomba

Nivel del

agua

Válvula

de pie

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

CONEXIONES DE MOTOBOMBAS

• EN SERIE

• EN PARALELO

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

CONFECCIÓN DE LAS CURVAS DE OFERTA

• CURVA Hm v / s Q

• CURVA ηb v / s Q

• CURVA Nef v / s Q

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

CURVA CARACTERISTICA DE DEMANDA

H

Q

programa de asignatura-servicio civil

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