Clases

1. VENTILACIÓN MINERA
Mag. Alexis Baca Mena
MÓDULOS XI - XII
CIRCUITOS EN PARALELO Y EN SERIE DE
VENTILADORES
FACTOR DE FRICCIÓN EN LABORES MINERAS Y
DUCTOS DE VENTILACIÓN
Febrero 2023

2. CIRCUITOS EN PARALELO Y EN SERIE DE
VENTILADORES
Circuitos en
Paralelo
• Definición
• Comportamiento
del circuito
• Curva
Característica
• Ejemplos
Circuitos en
Serie
• Definición
• Comportamiento
del circuito
• Curva
Característica
• Ejemplos

3. Dos o más ventiladores instalados en
paralelo son utilizados para incrementar
el caudal de un sistema manteniendo
una misma presión. Como una mina está
en constante desarrollo y se necesita
mayor caudal, una práctica común es
instalar un ventilador disponible con
otro ventilador ya trabajando o en
operación de modo que pueda cubrir los
requerimientos de incremento de
caudales contra cambios en la
resistencia de la mina.

4. Los ventiladores pueden ser colocados
juntos para operar en la misma galería o
estos pueden también estar en galerías
separadas. Cuando operan en la misma
galería, ellos actúan juntos con el caudal
total de aire. La condición primaria es que
la presión generada por cada ventilador
debe necesariamente igualar la pérdida de
presión sostenida para el volumen total
que ellos producirán. Cuando los
ventiladores en paralelo se encuentran en
la misma galería es recomendable que sus
admisiones y sus descargas se encuentren
aisladas por un muro hermético para evitar
la recirculación del aire.

5. La curva característica combinada de
varios ventiladores trabajando en
paralelo en el mismo punto del sistema
se obtiene sumando gráficamente sus
caudales para una misma presión. La
intersección del sistema y la curva
característica combinada determina la
presión, y desde que la presión debe ser
la misma para ambos ventiladores, esta
presión determina los caudales relativos
que cada ventilador producirá.

6. Si la curva de la resistencia de la misma
no intercepta la curva combinada, el
ventilador de mayor presión producirá
más aire sólo que los dos juntos, y se
intenta operarlos dos ventiladores en
paralelo, el ventilador de mayor presión
revertirá o recirculará el aire a través del
ventilador de baja presión . Los
ventiladores que tienen curvas
características paradas actúan muy bien
juntos en paralelo.

7. Aquellos ventiladores que tienen
características combinando una
relativamente plana y otra parada
operará en la parte parada del rango
performance. De otra manera súbitos
cambios en el sistema de resistencia
pueden causar que el ventilador de alta
presión sea quien asuma todo el trabajo
solo.

9. Se tiene un circuito auxiliar de
ventilación que tiene un
requerimiento de aire igual a 55,000
cfm. Actualmente se tiene un
ventilador de 30,000 cfm y se prevé
colocar un segundo ventilador de
30,000 cfm en paralelo. ¿Cuál es la
cobertura actual y la nueva
cobertura con la instalación del
ventilador en paralelo?

10. Cobertura actual = (30,000 / 55,000)*100%
Cobertura actual = 54%
Ventiladores en paralelo = caudales se suman
Ventiladores en paralelo = 30,000 + 30,000
Nueva cobertura = (60,000 / 55,000)*100%
Nueva cobertura = 109%

11. Se tiene un circuito auxiliar de
ventilación que tiene un
requerimiento de aire igual a 35,000
cfm. Actualmente se tiene un
ventilador de 20,000 cfm. En la
mina sólo se cuentan con
ventiladores de 10 y 20,000 cfm
respectivamente ¿Cuál es la
cobertura actual y cuántos
ventiladores se va a requerir para
mejorar la cobertura por encima del
100%, cuál sería la nueva
cobertura?

12. Cobertura actual = (20,000 / 35,000)*100%
Cobertura actual = 57%
Ventiladores en paralelo = caudales se suman
Ventiladores en paralelo = 20,000 + 20,000
Nueva cobertura = (40,000 / 35,000)*100%
Nueva cobertura = 114%
Se van a requerir 2 ventiladores 20,000 cfm en
paralelo.

13. Los ventiladores en serie son aquellos
que trabajan sobre el mismo flujo de
aire, cada uno con el flujo total del
circuito, sumando las presiones de los
ventiladores y también cada uno
generando una parte de la presión total
requerida para balancear las pérdidas
de presión del circuito; son utilizados
para controlar la presión de trabajo de
un sistema manteniendo un mismo
caudal;

14. Cualquier número de ventiladores
pueden usarse; la ventaja de los
ventiladores trabajando en serie es que
donde la resistencia al flujo es grande,
se puede obtener una distribución
eficiente y mejores condiciones de
operación; las condiciones de flujo para
operaciones en serie son determinadas
por la resistencia de la mina y la
combinación de las curvas
características de los ventiladores.

15. La curva característica combinada de
varios ventiladores en serie se obtiene
sumando gráficamente sus presiones
para un mismo caudal.

17. Se tiene un circuito auxiliar de
ventilación que tiene una caída de
presión igual a 15 “H2O y un
requerimiento de aire de 18,000
cfm. Actualmente se tienen
ventiladores de 5 “H2O y 20,000
cfm ¿Cuántos ventiladores serán
necesarios para cubrir la necesidad
de caudal?

18. Requerimiento de ventiladores presión (RQV)
Caída de presión del sistema / presión del
ventilador
RQV = 15 “H2O / 5 “H2O
RQV = 3 ventiladores en serie
Cobertura de aire (%)
Cobertura = (20,000 cfm / 18,000) * 100%
Cobertura = 111%
Solución: Serán necesarios 3 ventiladores en
serie.

19. Se tiene una rampa de 2.5 km de
longitud con una caída de presión
equivalente a 18 “H2O y un
requerimiento de aire de 25,000
cfm, en la unidad solo hay
disponible ventiladores de 7 “H2O y
30,000 cfm. Indicar cuantos
ventiladores serán necesarios para
satisfacer la demanda de presión y
caudal en la rampa.

20. Requerimiento de ventiladores presión (RQV)
Caída de presión del sistema / presión del
ventilador
RQV = 18 “H2O / 7 “H2O
RQV = 2.5 = 3 ventiladores en serie
Cobertura de aire (%)
Cobertura = (30,000 cfm / 25,000) * 100%
Cobertura = 120%
Solución: Serán necesarios 3 ventiladores en
serie.

21. Ejercicio 1
En el caso de utilizar
los ventiladores en
paralelo, diga si se
suman los caudales
o las presiones.
En el caso de utilizar
los ventiladores en
serie, diga si se
suman los caudales
o las presiones.
Ejercicio 2
Se tiene un
requerimiento de
aire en una galería
de 45,000 cfm. En la
mina se utilizan solo
ventiladores de 15 y
25,000 cfm.
Mencionar cuantos
ventiladores se
necesitarán en
paralelo o en serie.
TAREA
Ejercicio 3
En una galería se
tiene una caída de
presión de 15 “H2O y
20,000 cfm de
requerimiento. En la
mina solo se
cuentan con
ventiladores de 6
“H2O y 20,000 cfm.
Mencionar cuantos
ventiladores se
necesitarán en
paralelo o en serie.

22. La energía suministrada a un fluido en
movimiento, por medios naturales o
mecánicos, es consumida íntegramente
para vencer las pérdidas de presión HL.
En el flujo de fluidos se distinguen las
perdidas debidas a fricción (Hf) y a
choque (Hx), las cuales están
relacionadas por la siguiente ecuación:
HL = Hf + Hx
Hf representa la pérdida de energía
debido al paso del aires por ductos de
sección uniforme causadas por las
resistencias de las paredes de los
conductos debido a la rugosidad de las
paredes y fricción interna del mismo
flujo.

23. Las pérdidas por fricción, entonces,
dependen de las condiciones o
irregularidades en la superficie de las
paredes de cada ducto o galería de
ventilación y la velocidad del aire. En
ventilación de minas, la pérdida de
presión por fricción representa del 70 %
al 90 % de la pérdida de presión total de
la mina, consiguientemente será muy
útil determinar esta pérdida con la
suficiente precisión utilizando los
coeficientes apropiados.

24. Hx representa la pérdida de energía por
cambios de dirección en la corriente del
aire, cambios en la sección del ducto,
admisiones, descargas, uniones y
bifurcaciones, obstáculos, etc.
Representan del 10 al 30 % del total de
las pérdidas.
Las pérdidas anteriores causan la
disminución de la presión estática y en
muchos casos, especialmente las
pérdidas debido al choque, la
transformación de la presión de
velocidad a presión estática o viceversa.

25. Para determinar la magnitud de la presión
artificial es necesario sumar
algebraicamente las presiones
componentes de los elementos de un
circuito y balancear las mismas para todos
los circuitos de una red de ventilación. Esta
presión se denomina generalmente presión
total de la mina y puede ser representada
por:
HT (mina) = Hs(mina) + Hv(mina)
donde la presión estática Hs, es la
cantidad total de energía necesaria para
vencer las pérdidas de presión en un
ducto, esto es:
Hs(mina) = ∑HL = ∑(Hf + Hx )

26. De mecánica de fluidos, se conoce que la pérdida
de presión por fricción es una función de la
velocidad del fluido, característica de la superficie
interna del ducto y de las dimensiones de éste.
Indudablemente en ventilación, el fluido
representado por el aire obedece a este principio.
En mecánica de fluidos, la ecuación para calcular
las caídas de presión por fricción en conductos
circulares es:
P = Caída de presión en pies de fluido
L = Longitud en pies
D = Diámetro en pies
V = Velocidad en pies/min
ʄ = Coeficiente de fricción
g = Aceleración de la gravedad a nivel del mar,
pie/seg2
g
D
LV
f
P
2
2
=

27. Una variación más versátil aplicable a
cualquier forma de conducto puede
ser obtenido expresando las pérdidas de
presión en términos de RADIO HIDRAÜLICO
RH, que es la relación del área al perímetro.
Para un conducto circular:
D = 4RH
Reemplazando:
( )
4
4
2
D
D
D
P
A
RH =
=
=
π
π
g
R
LV
f
P
H 2
4
2
=

29. El factor K para las labores mineras se
determina de la tabla de “Coeficientes
de Fricción K para Labores Mineras”,
cuyos valores están dadas para el nivel
de mar o calcular a partir de espesores
“e”de la rugosidad de labores mineras.
Es recomendable que este factor sea
determinado experimentalmente a partir
de mediciones de campo.

30. En caso de ductos de ventilación
(mangas) el factor K y sus correcciones
pueden ser determinados de la tabla
“Caídas de Presión por Fricción en
Ductos”, su valor dependerá del
material utilizado para su fabricación y
el estado de su conservación.

31. El factor K, sea cual fuere la fuente,
debe ser corregido por peso específico
del aire, debido a cambios de altura. La
corrección se consigue multiplicando la
constante K por el cociente de la
relación: P.e. del lugar de trabajo/P.e.
estándar , que constituye el factor de
corrección fc.

32. En trabajos de campo, se requiere de
experiencia no sólo para la selección de K,
sino porque hay un numero de factores que
deben ser considerados cuando se efectúa
trabajos de ventilación. El de mayor
importancia corresponde al cálculo de la
resistencia de conductos de aire relacionada
a aspectos geométricos de longitud, tamaño y
forma del conducto de aire, los que pueden
ser fácilmente determinados por medición
directa en el terreno; pero requieren de mayor
análisis porque las secciones a considerar en
las fórmulas no se remiten a datos simples.
Un componente de resistencia que requiere
mayor análisis es el coeficiente K de Atkinson.

33. Para el caso de “Coeficientes de Fricción K
para Labores Mineras” se deberán observar
las siguientes precauciones para elegir un
Factor de fricción de la tabla:
1. Use K expresado como un valor numérico x
10-10 .
2. En la tabla, los valores de K están dadas
para un peso específico de aire estándar; por
tanto, se debe corregir el valor de k para peso
específico del lugar de trabajo, mediante la
relación:
K corregida = K (tabla) (γ/ 0.075)
(Para altitudes sobre el nivel de mar !)

34. 3. Elegir K cuidadosamente para las
condiciones de tipo de roca, irregularidad de
la galería, obstrucciones, etc., que prevalezcan
en el conducto. Cuando exista duda, preferible
utilizar un valor promedio.
4. Utilice la siguiente precedencia:
a) Tipo de conducto y calidad de roca o
sostenimiento
b) Rectitud o sinuosidad de conducto
(cortada o galería, chim boring)
c) Grado de obstrucción
d) Irregularidad

35. 5. Si la galería está fortificada con marcos en
espacios diferentes a los 5 pies entre
centros, modifique K de acuerdo a la
figura..... Si se utilizan pernos de anclaje en
lugar de cuadros o cerchas, asuma una
galería convencional sin fortificación.

36. TABLA PARA DETERMINACIÓN DEL K DE FRICCIÓN AL NIVEL
DEL MAR

37. 1. Seleccionar el factor de fricción para un
conducto con fuerte sinuosidad,
moderadamente obstruido, con máxima
irregularidad, con enmaderación y a nivel
del mar:
K = 145 x 10-10 lb.min2/pie4

38. 2. Determinar el factor K de fricción para una
cortada recta, labor se encuentra limpia, en
roca sedimentaria, con irregularidades
mínimas, peso específico del aire 0.050 lb/pie3
K = 30 x 10-10 lb.min2/pie4

39. K de la tabla = 30 x 10-10 lb.min2/pie4
K corregido x diferencia de altitud
Kcorreg. = 30 (0.050/0.075)
K correg. = 20 x 10-10 lb.min2/pie4

40. Ejercicio 4
Diga usted cuál es la
fórmula general de la
pérdida de presión y
que representa cada
uno de sus
elementos.
Ejercicio 5
Seleccionar el factor K
de fricción para un
conducto con fuerte
sinuosidad, poco
obstruido, y irregularidad
promedio, con roca ígnea
y a nivel del mar.
TAREA
Ejercicio 6
Determinar el factor K de
fricción para una cortada de
sinuosidad suave, poco
obstruida, en roca ígnea,
con irregularidades
promedio, peso específico
del aire 0.050 lb/pie3