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PERDIDAS DE PRESIONPOR CHOQUE
DR. FELIPE CALIZAYAConsultor INTERCADE
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PERDIDAS DE PRESION POR CHOQUE Y OTROS CONCEPTOS
Obstrucciones
Caídas de Presión por Choque.
Obstrucciones.
Gradientes de Presión.
Fugas de Aire.
Dr. Felipe Calizaya - [email protected] - Consultor Intercade
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PERDIDAS DE PRESION POR CHOQUE
La pérdida por choque HX, ocurre toda vez que lacorriente de aire cambia de dirección.
Ej lEjemplos:
1. Uniones y codos
2. Cambio de sección delducto
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Estas representan entre el 10 y 30 % de la pérdida totalde presión.
3. Obstrucciones
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ESTIMACION DE PERDIDAS POR CHOQUE
Dos Métodos: Presión de Velocidad y Longitud Equivalente
1. METODO DE PRESION DE VELOCIDAD, Hx
vX HXH * X= Coeficiente del choque
X varía con cambio brusco en dirección del aire y Hx esfunción de resistencia de choque Rx.
H l l d d
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Donde A = Area transversal del ducto y w = densidad del aire
2** QRHXH XVX
221098
*
A
wXRX
Hx es calculado de:
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PERDIDAS POR CHOQUE - EJEMPLO 1
Dados los datos siguientes:
Q3 = ?3
"4.0XH
Determine el coeficiente de choque X.
Q1 = 334 kcfm Q2 = 193 kcfm
D = 19 p3
1
Solución: VX HXH *2
1098*
VwH v
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Solución: VX HXH1098
Q3 = Q1 + Q2 = 527 kp/min A3 = 283.5 p2
V3 = 1860 p/min Hv3 = 0.22 pulg.H2O X = 1.82
6
2. METODO DE LONGITUD EQUIVALENTEPor este método, la pérdida por choque es expresadoen términos de longitud, Le.
ESTIMACION DE PERDIDAS POR CHOQUE
Dados los datos:
g ,
APH 1L
21
1 PH HH
Caso A
Caso B
075.0w PerARH /
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2
L + Le
BPH 2 12 HH Caso B
2312
2.5
)(**Q
A
LeLPerKHHH X
K
XRLe H
*10
*323510
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PERDIDAS POR CHOQUE - CODOSTIPO DE CODOS: RECTANGULAR Y CURVILINEO
El coeficiente X es calculado como sigue:
260
90*
6.0
amX
d
R
R
2
2 90*
25.0
amX
m = R/b
Rectangular:
Curvilíneo:
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Se recomienda usar: R = 2*d
A Ab
d
Sección A - A
Θ = Deflección
a = d/b; Aspecto
d = alto; b = ancho
R = Curvatura
m = R/b
8
PERDIDAS POR CHOQUE - EJEMPLO 2
Un ducto de 8’ x 8’ de sección (K = 100 E-10) contiene un codo puntiagudo de 90°. Determine la longitud, Le.
XS: 8’K
XRLe H
*10
*323510
RH = A/Per = 2 pies
r Solución:
26.0
XSección transversal:
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d = 8’
b = 8’
90*
am
X
m = r/b; a = d/b; θ= 90°X = 1.2; Le = 78’.
Sección transversal:
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PERDIDAS POR CHOQUES
CONSIDERACIONES PRACTICAS
Utilice valores moderados de K Utilice valores moderados de K
K = 45 E-10 para galerías de entrada
K = 60 E-10 para galerías de expulsión
Utilice longitudes equivalentes (LT = L + LE)
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g ( T E)
Mida la longitud del ramal y aumente del 10 al 15 %
para compensar por estas pérdidas.
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Motord
PERDIDAS POR CHOQUES
CONSIDERACIONES PRACTICAS
Motor
R = 1.5 * d
R
d
Ej l
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Ejemplo:Diseñe el acople entre ventilador (d = 6’) y la chimenea (8’)
Solución:R = 1.5 x d = 9’, luego, el coeficiente X = 0.11Para Q = 100,000 cfm, la pérdida Hx = 0.1 in.w.g.
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GRADIENTE DE PRESIONES
Es la representación gráfica de la ecuación de Bernoulli
Tres
Es una manera de contabilizar las caídas de presión
Sistema soplante (presión +)
Ventilación auxiliar de un desarrollo largo
Tres Casos:
Sistema soplante (presión +)
Sistema aspirante (presión -)
Sistema combinado (presiones + y -)
Ventilador secundario Ventilador
Frente
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Ventilador Primario
Ducto Rígido Ducto Flexible
Frente
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1. SISTEMA SOPLANTE (PRESION +)
HT = HS + HV
+ Presión
GRADIENTE DE PRESIONES
1 2
T S V
HvReferencia
HS1HS2
HT
LongitudHv
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Ventilador
El ventilador aumenta la presión del aire por encima de PB
Todas las presiones son positivas, excepto la PT de entrada
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2. SISTEMA ASPIRANTE (PRESION -)
Hf
Presión +
GRADIENTE DE PRESIONES
1 2
HT = HS + HV
HvReferencia
HS1
HS2Presión -
HT
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Todas las presiones son negativas (por debajo de PB)con excepción de la presión de descarga.
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GRADIENTE DE PRESIONES
3. SISTEMA AUXILIAR CON VENTILADOR SECUNDARIO
(incluye presiones – y +)
HT
Hv
Referencia
HS2
HS3
Presión -
Presión +
HS4
Hs
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La gradiente de HS está siempre por debajo de la de HT
2 31 4
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Ejemplo: En base a las siguientes mediciones:Presión 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 operación (energía)
Solución: = 4500 hp
*6350
* QHBHP
T
365*24*)/($*746.0* kWBHPC
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)(
= $1,470,000/ año
El costo de operación varía con los factores que afectan la
resistencia de la mina (sección, rugosidad, longitud, etc.).
16CURVAS CARACTERISTICAS DE UN VENTILADOR
AXIAL
300
300
8.00
9.00
300
.)
VAD – 72F30 1170 RPM
50
100
150
200
250
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
00
50
100
150
200
250
200
250
30070%
70%
70%
al P
ress
ure
(in
ches
w.g
.
Ho
rsep
ow
er
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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
0
0.00
1.00
2.00
0050
100
150
20
CFM x 10000
To
ta
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OTROS FACTORES IMPORTANTES
Entre otros factores que afectan la R de la mina están:
1. Tamaño de la excavación:5
1R 1. Tamaño de la excavación:
El diámetro es el factor más importante.
2. Forma de la excavación:
5DR
2/1A
PerSF
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El círculo es la forma ideal con un SF = 3.54
Para otras secciones R es corregido usando estos factores:
W:H = 2:1; corrección, RSF = 1.2 W:H = 4:1, RSF = 1.41
18
DOM Fans
Sha
ft 1
Sha
ft 2
Tuan FansSalidas Salidas
Fugas
FA
S
RB
H
Conveyor
Production
U/cut
R
BH
# 3
EE
SS
Sha
ft 4
DO
Z V
/R
Sh
aft 3
Ram
IOZ Mine
/R 1
1
400 gpm
2000 gpm60 gpm
200 gpm
GBT FanSalida
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3186 L
F
MR
DOZ Mine
MLA Drifts
DOZ Intakes Undercut
Production
Crusher/Conveyor
Exhaust Galleries
BS D
Ramp B
amp AV/
2986 L
700 gpm
2100 gpm
Entradas
Zona Activa
Sección Vertical de una Mina Metálica
Fugas
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V- 12 Conducto de Entrada
Difusor
Cámara de Acople
Socavón 1
V- 14
Motor
D
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VentiladorPuertasDobles
D
DETALLES DE INSTALACION DE DOS VENTILADORES
Fugas
20
Frente A
R
3
4Fugas de Aire
C-2
0
C-3
0
Frente B
E t dSalida 1
2
5
6
87
XC-3
XC-1
XC
XC
Referencias
# de Estación Entrada1
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FUGAS DE AIRE EN MINAS DE CARBON
Entrada
Banda
Salida
R
Salida
Regulador
Puente
MurosR
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Muros de Muros de VentilacióVentilació
Puntos de Fuga
nn
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FUGAS DE AIRE EN LABORES DE DESARROLLO
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CUANTIFICACION DE FUGAS DE AIRE
% de Fuga: 100Q
QQ%L
T
ET
Resistencia de los tabiques:
PR 2
QT = Caudal total del ventilador, cfm
QE = Caudal requerido en frentes, cfm
Donde:
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tabiques:Q
R 2d
e
Donde: Re = Resistencia de un grupo de muros∆P = Presión media; Qd = Pérdida de caudal.
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Muro sintético y ventana de
control
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Punto de Fuga
24
600
750
900
ion
, Pa
Correa y Salida
Entrada y Correa´
0
150
300
450
1 2 3 4 5 6 7
Ca
ida
de
Pre
s
7 16 31 45 60 75 89
´
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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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CUANTIFICACION DE FUGAS (EJEMPLO)
XC
-132
XC
-29
n = 103
1 2Entrada
a b1 c1 d1 e
Salida4 3
1 1a2
b2 c2 d2 e2
Banda
Ventilador
Resultado de Mediciones:
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Resultado de Mediciones:Estación Caudal, kcfm Caída, “H2O
4 392.00 3.27
3 308.00 1.29
% L = ?
Solución: % L = 21 %; Re = 0.32 P.U. para 103 muros.Re = ?
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MENSURAS DE VENTILACION
Velocidad del Aire y Caudal
Caídas de Presión:
a. Cálculo del Coeficiente K.
b. Cálculo del Coeficiente de Choque.
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Capacidad del Ventilador
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CAUDAL DEL AIRE:
Velocidades Moderadas (< 3000 p/min)
INSTRUMENTOS REQUERIDOS
Anemómetros, Cronómetro y Wincha
Velocidades Moderadas (< 3000 p/min)
Tubos Pitot, Manómetros y Wincha
Velocidades Altas ( > 1200 p/min)
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Presión del Aire:
Barómetro, psicrómetro, Tubos Pitot y Manómetros
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INSTRUMENTOS PARA MEDIR PRESION
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Caudal de Aire:
MENSURAS DE VENTILACION
Q = V * A
V< 3000 p/min: Anemómetros y Cronómetro
V < 100 p/min: tubos de humo
V = Velocidad promedio
A = Area del pozo, galería o ducto
Instrumentos:
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V < 100 p/min: tubos de humo
V > 1200 p/min: Tubos Pitot y Manómetros
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ECUACIONES UTILES DEL AIRE
Peso Específico:
P P ió B ét i lb/ 2 R 53 35 lb/lb °R
TR
Pw b
*
Número de Reynolds:
Pb = Presión Barométrica, lb/p2; R = 53.35 lb/lb °R
V = velocidad, p/s; D = diam, p;
T = Temp. absoluta = 460 + td
DVDV
N R **6250*
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Presión de Velocidad:
, p ; , p;
V = Velocidad del aire, p/min
2
1098*
VwH v
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MENSURAS CON ANEMOMETROEmpiece
15”
30”
Termine
30”
60”
15”
45”60”
Medición en “S” Medición en “W”
W = 10 ’ W = 18 ’
H = 12 ’
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A = W * H = 120 p2
V = (380+ 395+ 375)/3= 383 - 10 p/min
Q = 44,800 cfm.
A = W * H = 216 p2
V = (1140+ 1050+ 1175)/3= 1122 - 75 p/min
Q = 226,000 cfm.
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MENSURAS CON MANOMETRO Y TUBO PITOT
Presión de Velocidad:2
V*wH
v 1098
Velocidad:w
Hv1098V
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En la práctica es necesario medir varias presiones develocidad y calcular la velocidad promedia.
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Dirección del aire
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MANOMETRO Y TUBO PITOT