Este documento trata sobre la tecnología de los ventiladores utilizados en minería. Explica que existen tres tipos principales de ventiladores: de hélice, axiales y centrífugos. Los ventiladores axiales son los más utilizados actualmente para mover grandes caudales de aire en minas, mientras que los centrífugos se usan más en sistemas de ventilación industrial. También describe los componentes clave de los ventiladores axiales y sus curvas características, así como factores importantes como la velocidad de giro y

1. VENTILACIÓN DE MINAS
Gijón , 12 de Marzo de 2010

2. VENTILACION DE MINAS
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TECNOLOGÍA DE LOS VENTILADORES ___________________________________ 5
1 INTRODUCCIÓN _____________________________________________________ 6
2 VENTILADOR. CLASIFICACIÓN. FUNDAMENTOS ______________________ 7
2.1 Definición. Descripción de los parámetros principales de funcionamiento ______________ 7
2.2 Clasificación de los ventiladores ______________________________________________ 7
2.3 Comparativa de ventiladores axiales frente a ventilador centrífugos. _________________ 10
2.4 Tipos de configuraciones de un ventilador______________________________________ 11
3 VENTILADORES AXIALES. COMPONENTES __________________________ 14
3.1 Perfil aerodinámico del álabe________________________________________________ 15
3.2 Cómo se produce presión en ventiladores ______________________________________ 17
3.3 Número de álabes_________________________________________________________ 18
3.4 Diámetro del rodete _______________________________________________________ 18
3.5 Velocidad de giro del motor_________________________________________________ 18
3.6 Diámetro del cubo ________________________________________________________ 19
4 EL VENTILADOR AXIAL Y SUS ACCESORIOS MAS FRECUENTES.______ 20
4.1 Ventilador ______________________________________________________________ 20
4.2 Accesorios ______________________________________________________________ 24
5 CURVA CARACTERÍSTICA DEL VENTILADOR. _______________________ 29
5.1 Acoplamiento de ventiladores _______________________________________________ 30
5.2 Fenómeno de Bombeo _____________________________________________________ 31
5.3 Trabajo en conjunto de ventilador y del tiro natural ______________________________ 38
5.4 Regulación del rodete del ventilador __________________________________________ 39
6 MANTENIMIENTO DE LOS VENTILADORES __________________________ 42
6.1 Introducción al mantenimiento_______________________________________________ 42
6.2 Trabajos de mantenimiento _________________________________________________ 43
6.2.1Control de vibraciones _____________________________________________________ 44
6.2.2Control de Rodamientos____________________________________________________ 45
6.2.3Inspección del rotor _______________________________________________________ 46
6.2.4Emplazamiento. Resistencias de Caldeo._______________________________________ 46
6.2.5Conexión eléctrica ________________________________________________________ 47
6.3 Revisiones de seguridad necesarias ___________________________________________ 49
6.3.1Cada 2 meses ____________________________________________________________ 49
6.3.2Cada 6 meses ____________________________________________________________ 49
6.3.3Cada 12 meses ___________________________________________________________ 50
6.4 Puesta en funcionamiento __________________________________________________ 51
6.5 Transporte y manipulación__________________________________________________ 52
6.6 Almacenaje y tiempos de parada / Mantenimiento _______________________________ 54
6.7 Desmontaje y reinstalación de equipos de ventilación_____________________________ 55
6.8 Instalación y montaje mecánico______________________________________________ 55
VENTILACIÓN PRINCIPAL _____________________________________________ 57
1 INTRODUCCIÓN ____________________________________________________ 58
1.1 La atmósfera de la mina____________________________________________________ 59
1.2 Reglamentación y límites___________________________________________________ 61
1.2.1Concentraciones límites de gases_____________________________________________ 61
1.2.2Definición de índices de peligrosidad de los gases _______________________________ 62
1.3 Objetivo de la ventilación __________________________________________________ 64
2 CONCEPTO DE RESISTENCIA AERODINÁMICA _______________________ 65
2.1 Expresión general de la resistencia de una galería________________________________ 66
2.2 Resistencia de galerías (Valores del coeficiente de frotamiento)_____________________ 67
2.3 Galerías con obstáculos ____________________________________________________ 68
2.4 Resistencia adicional debida a las tuberías______________________________________ 69
2.5 Resistencia de las cintas transportadoras _______________________________________ 69

3. VENTILACION DE MINAS
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2.6 Resistencias locales _______________________________________________________ 70
3 UNIDADES DE RESISTENCIA_________________________________________ 71
3.1 Orificio Equivalente_______________________________________________________ 74
4 PLANIFICACIÓN DE LA VENTILACIÓN _______________________________ 75
4.1 Áreas de estudio__________________________________________________________ 77
4.2 Ventiladores _____________________________________________________________ 77
4.3 Circuito de aire___________________________________________________________ 78
4.4 Cantidad de aire necesario __________________________________________________ 78
4.5 Velocidades de aire _______________________________________________________ 79
4.1.1Velocidades mínimas ______________________________________________________ 79
4.1.2Velocidades máximas______________________________________________________ 80
5 CAMPAÑA DE MEDICIONES. ANALISIS _______________________________ 81
5.1 El control de la ventilación en las minas _______________________________________ 81
5.2 Las mediciones de la ventilación _____________________________________________ 81
5.3 Los Ingenieros de ventilación de las zonas _____________________________________ 82
5.4 Servicio de ventilación en las minas __________________________________________ 83
5.5 Medición de caudal de aire _________________________________________________ 83
5.6 Sondas de medida. Tubo de Pitot_____________________________________________ 85
5.7 Medida de la superficie de los cortes transversales a las galerías ____________________ 87
5.8 Elección de los puntos de aforo ______________________________________________ 90
6 CALCULO DE REDES ________________________________________________ 92
6.1 Descripción de los métodos de cálculo ________________________________________ 92
6.2 Preparación de los datos____________________________________________________ 93
6.3 Cálculo de las resistencias __________________________________________________ 93
6.4 Elección del ventilador_____________________________________________________ 95
6.5 Cálculo del reparto de caudales ______________________________________________ 97
6.6 Evaluación de los resultados ________________________________________________ 98
6.7 Algunas consideraciones prácticas____________________________________________ 99
6.8 Datos del problema ______________________________________________________ 101
6.9 Incógnitas del problema ___________________________________________________ 101
6.10 Soluciones informáticas ___________________________________________________ 103
6.11 Preparación y entrada de datos______________________________________________ 103
6.12 Introducción de la red de ventilación en el programa ____________________________ 104
6.13 Diseño de la red en el ordenador ____________________________________________ 104
6.14 Proceso de cálculo _______________________________________________________ 105
6.15 Datos de salida __________________________________________________________ 106
6.16 Ampliación del concepto de orificio equivalente________________________________ 106
VENTILACION SECUNDARIA __________________________________________ 109
1 INTRODUCCIÓN ___________________________________________________ 110
2 ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN DE VENTILACIÓN SECUNDARIA 111
2.1 Ventiladores ____________________________________________________________ 111
2.2 Tubería________________________________________________________________ 114
2.3 Filtros_________________________________________________________________ 115
2.4 Cassetes _______________________________________________________________ 119
3 SISTEMAS DE VENTILACIÓN _______________________________________ 121
3.1 Tipos de sistemas de ventilación ____________________________________________ 121
3.2 Configuraciones _________________________________________________________ 125
4 CRITERIOS DE DEFINICION DE CAUDALES__________________________ 129
4.1 Velocidad mínima _______________________________________________________ 129
4.2 Dilución de metano ______________________________________________________ 129
4.3 Dilución emisiones diesel _________________________________________________ 130
4.4 Dilución gases de la voladuras______________________________________________ 134

4. VENTILACION DE MINAS
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5 PÉRDIDAS DE CARGA DE LA INSTALACIÓN _________________________ 137
5.1 Naturaleza de las pérdidas de un circuito de ventilación secundaria _________________ 137
5.2 Metodología general para el cálculo de pérdidas de carga. ________________________ 141
6 REGLAS DE ORO DE LA VENTILACIÓN______________________________ 149
6.1 Importancia del diámetro en la elección del ventilador ___________________________ 149
6.2 Importancia del uso del variador de frecuencia _________________________________ 149
6.3 Importancia del número de juntas de la tubería _________________________________ 151
7 DISPOSICION DE LA VENTILACIÓN SECUNDARIA EN EL ENTORNO __ 152
7.1 Posición relativa respecto a la ventilación principal _____________________________ 152
7.2 Gálibos máximos ________________________________________________________ 152
7.3 Tuberías especiales Oval Lay flat / TWIN_____________________________________ 152
7.4 Instalación de tubería usada ________________________________________________ 153
8 CONTROL Y SEGUIMIENTO DE LA VENTILACIÓN SECUNDARIA _____ 154
8.1 Sistemática de control ____________________________________________________ 154
8.2 Medidas de velocidad de aire_______________________________________________ 155
ACCIONAMIENTO Y CONTROL DEL VENTILADOR_______________________ 157
1 INTRODUCCION ___________________________________________________ 158
2 MOTOR____________________________________________________________ 159
3 PROTECCIONES Y MONITOREO ____________________________________ 160
3.1 Sondas de Temperaturas. __________________________________________________ 161
3.1.1Sondas de Temperaturas PTC ______________________________________________ 161
3.2 Sondas de Temperaturas PT100. Termorresistores ______________________________ 162
3.2.1Análisis de la problemática de las PT100 de 2 y 3 hilos __________________________ 162
3.3 Sensor de vibraciones_____________________________________________________ 165
3.4 Resistencia de Caldeo ____________________________________________________ 167
3.5 Sonda Petermann. Presostato de bombeo______________________________________ 168
4 TIPOS DE ARRANQUE ______________________________________________ 170
5 VARIADORES DE FRECUENCIA _____________________________________ 175
6 AHORRO DE ENERGIA _____________________________________________ 177
6.1 Costes de funcionamiento y variador de frecuencia. Ejemplo práctico y comparativa.___ 179

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TECNOLOGÍA DE LOS VENTILADORES

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1 INTRODUCCIÓN
Los túneles, las minas, fábricas o barcos de nuestros días necesitan un sistema de
ventilación que va siendo más complejo cada día. Esto implica la necesidad de conocer con
más profundidad el sistema de ventilación, pero sobre todo el ventilador y todos sus
elementos auxiliares que junto con los sistemas de arranque y control forman la parte
primordial de dicho sistema.
Por ello, al igual que es fundamental el manejo de los conocimientos de los sistemas de
ventilación y su buena práctica, se ha de tener en cuenta el rango de aplicación de las
máquinas que conforman dicho sistema. Este conocimiento nos ayudará a reducir los
problemas y sus consecuencias desde el origen.
Desde sus inicios hasta hoy día, la Ventilación de Minas tenía como objetivo central el
suministro de aire fresco para la respiración de las personas y dilución-extracción de polvo
y gases producto de las operaciones subterránea (voladura, extracción, carga y transporte).
En estos últimos años, han aumentado fuertemente los requerimientos de aire con el objeto
de poder diluir y arrastrar fuera de la mina las fuertes concentraciones de gases tóxicos
emitidos por los equipos diesel -de alto tonelaje- incorporados en forma masiva a las
operaciones subterráneas involucradas en los diversos métodos de explotación.
Es verdad que generalmente los requerimientos actuales no se daban en el pasado con tanta
intensidad, ya que entonces los ritmos de explotación en las minas no eran como los
actuales, y, por tanto, no podemos perder de vista que los niveles de confort y seguridad
adoptados hoy día son mucho más exigentes, lo que trae como consecuencia el aumento
del número y tamaño de los ventiladores para cada sistema de ventilación así como su
optimización en el control de los mismos.
Dentro del contexto de la ventilación nos referimos al volumen de aire movido por el
ventilador como “corriente de aire o de ventilación”, mientras que el incremento de presión
que se produce en el sistema se suele denominar como depresión del ventilador. Esta
última denominación no será del todo correcta cuando el ventilador trabaja como impulsor.

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2 VENTILADOR. CLASIFICACIÓN. FUNDAMENTOS
2.1 Definición. Descripción de los parámetros principales de funcionamiento
Un ventilador es una maquina que transmite energía a un fluido (aire o gases), produciendo
el incremento de presión necesario (Presión Total) con la que mantener un flujo continuo
de dicho fluido.
Para realizar este trabajo el ventilador requiere de una potencia en el eje del motor que lo
acciona que viene dada por la expresión:
[%]
][Pr]/[
][
3
ventilador
PaTotalesiónsmCaudal
watiosPotencia



Cada ventilador vendrá definido por su curva característica, que es el lugar geométrico de
los puntos de funcionamiento del mismo para cada ángulo de regulación de los álabes. Por
tanto, tendremos una curva característica distinta para cada ángulo. El punto de corte de la
curva característica con la resistencia del circuito es el punto de funcionamiento del
ventilador.
2.2 Clasificación de los ventiladores
Con el desarrollo de la ciencia aerodinámica, en los años posteriores a la segunda guerra
mundial se desarrollaron los primeros ventiladores de flujo axial, es decir, los ventiladores
axiales, los cuales son los más utilizados, en la actualidad y a nivel global, para mover
grandes caudales de aire en los trabajos subterráneos, operando -dichas unidades- tanto en
interior mina, como en superficie. Los ventiladores de tipo centrífugo, actualmente son
ampliamente utilizados en Sistemas de Ventilación Industrial dado su capacidad de generar
altas caídas de presión con caudales relativamente bajos.
Los ventiladores se dividen en el sentido más general en 3 tipos: Ventiladores de hélice,
axiales y centrífugos. Para cada uno de estos tipos se pueden disponer con variedad de
posiciones de descarga y distintos tipos de accionamiento del rodete.
VENTILADOR CENTRIFUGO.-El
ventilador centrífugo consiste en un
rotor encerrado en una envolvente de
forma espiral; el aire, que entra a
través del ojo del rotor paralelo a la
flecha del ventilador, es succionado
por el rotor y arrojado contra la
envolvente se descarga por la salida en
ángulo recto a la flecha; puede ser de
entrada sencilla o de entrada doble.
Son ventiladores de flujo radial. La
trayectoria del fluido sigue la dirección

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del eje del rodete a la entrada y está perpendicular al mismo a la salida. Si el aire a la salida
se recoge perimetralmente en una voluta, entonces se dice que el ventilador es de voluta.
En un ventilador de entrada doble, el aire entra por ambos lados de la envolvente
succionado por un
rotor doble o por dos
rotores sencillos
montados lado a lado.
Los rotores se pueden
clasificar, en general,
en aquellos cuyos
álabes son radiales, o
inclinados hacia
adelante, o inclinados
hacia atrás del sentido
de la rotación.
No obstante, en la actualidad y en ciertos países, se está utilizando ventiladores de tipo
centrífugo -de alta capacidad, en términos de caudal de aire- para ventilar operaciones
minero-subterráneas, con la característica particular y principal de que, tales unidades son
instaladas mayoritariamente en superficie atendiendo la restricciones de evitar grandes
excavaciones en el interior la mina subterránea (no recomendable desde el punto de vista
geomecánico ya que este tipo de ventilador necesita un espacio muy amplio para su
instalación).
Estos ventiladores tienen tres tipos
básicos de rodetes:
a) álabes curvados hacia adelante,
[1].
b) álabes rectos, [2].
c) álabes inclinados hacia
atrás/curvados hacia atrás.
[3],[4],[5] y [6].
Los ventiladores de álabes curvados hacia adelante (también se llaman de jaula de ardilla)
tienen una hélice o rodete con las álabes curvadas en el mismo sentido que la dirección de
giro. Estos ventiladores necesitan poco espacio, baja velocidad periférica y son silenciosos.
Se utilizan cuando la presión estática necesaria es de baja a media, tal como la que se
encuentran en los sistemas de calefacción, aire acondicionado o renovación de aire, etc. No
es recomendable utilizar este tipo de ventilador con aire polvoriento, ya que las partículas
se adhieren a los pequeños álabes curvados y pueden provocar el desequilibrado del rodete.
Estos ventiladores tienen un rendimiento bajo fuera del punto de diseño. Además, como su
característica de potencia absorbida crece rápidamente con el caudal, ha de tenerse mucho
cuidado con el cálculo de la presión necesaria en la instalación para no sobrecargarlo. En
general son bastante inestables funcionando en paralelo debido a su característica caudal-
presión.
Rodete de entrada doble

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Los ventiladores centrífugos radiales tienen el rodete con
los álabes dispuestos en forma radial. La carcasa está
diseñada de forma que a la entrada y a la salida se puedan
alcanzar velocidades de transporte de materiales. Existen
una gran variedad de diseños de rodetes que van desde los
de "alta eficacia con poco material" hasta los de "alta
resistencia a impacto". La disposición radial de los álabes evita la acumulación de
materiales sobre las mismas. Este tipo de ventilador es el comúnmente utilizado en las
instalaciones de extracción localizada en las que el aire contaminado con partículas debe
circular a través del ventilador. En este tipo de ventiladores la velocidad periférica es
media y se utilizar en muchos sistemas de extracción localizada que movilizar aire sucio o
limpio.
Los ventiladores centrífugos de álabes curvados
hacia atrás tienen un rodete con los álabes
inclinados en sentido contrario al de rotación. Este
tipo de ventilador es el de mayor velocidad
periférica y mayor rendimiento con un nivel sonoro
relativamente bajo y una característica de consumo
de energía del tipo "no sobrecargable". En un
ventilador "no sobrecargable", el consumo máximo
de energía se produce en un punto próximo al de
rendimiento óptimo de forma que cualquier cambio a partir de este punto debido a cambios
de la resistencia del sistema resultará en un consumo de energía menor. La forma de los
álabes condiciona la acumulación de materiales sobre ellas, de forma que el uso de estos
ventiladores debe limitarse como se indica a continuación:
o álabes de espesor uniforme: Los álabes macizos permiten el trabajo con aire
ligeramente sucio o húmedo. No debe emplearse con aire conteniendo materiales
sólidos ya que tienen tendencia a acumularse en la parte posterior de los álabes.
o álabes de ala portante: Los álabes de ala portante permiten mayores rendimientos y
una operación más silenciosa. Los álabes huecos se erosionan rápidamente y se
pueden llenar de líquido si la humedad es alta, por ello su uso queda limitado a
aplicaciones en las que se manipule aire limpio.
VENTILADOR DE HELICE.-Este ventilador está
formado por un rodete dentro de un anillo o carcasa de
montaje. La dirección de la corriente de aire es paralela a la
flecha del ventilador. Se emplea para movilizar aire en
circuitos cuya resistencia es muy pequeña.
Puede manejar grandes volúmenes de aire a una presión
estática baja.

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VENTILADOR AXIAL.-El ventilador axial es
de diseño aerodinámico. Este tipo de ventilador
consiste esencialmente en un rodete alojado en
una envolvente cilíndrica o carcasa. La adición
de álabes-guía, detrás del rotor, convierte al
ventilador turbo-axial en un ventilador axial con
aletas guía.
Puede funcionar en un amplio rango de
volúmenes de aire, a presiones estáticas que van
de bajas a moderadamente altas y es capaz de
desarrollar mayores presiones estáticas que el
ventilador centrífugo a la vez que es mucho más
eficiente. Los álabes-guía, en la succión o en la
descarga, o en ambas partes, se han añadido
para enderezar el flujo del aire fuera de la
unidad a la vez que sirven de apoyo en el diseño.
2.3 Comparativa de ventiladores axiales frente a ventilador centrífugos.
Las diferencias que se tiene al utilizar un ventilador axial frente a un centrífugo son las
siguientes:
Los ventiladores axiales ofrecen mejor eficiencia en un amplio rango de puntos de
funcionamiento, mientras que los ventiladores centrífugos pueden tener un rendimiento
muy alto, pero solamente sobre un rango muy reducido, y sólo sobre una curva
característica. Este parámetro es muy importante ya que el coste de la energía es un factor
que se ha de tener en cuenta. Por tanto, el rendimiento tiene una importancia primordial, y
como es lógico, primará conseguir rendimientos elevados en grandes gamas de puntos de
funcionamiento, objetivo mucho más difícil de conseguir con ventiladores centrífugos que
con ventiladores axiales.
Si un ventilador centrífugo diseñado para un punto de
funcionamiento determinado ha de trabajar en otras
condiciones, debido, por ejemplo, a un cambio en las
condiciones resistentes de la mina, tendrá
presumiblemente una disminución de rendimiento
considerable.
Mayor rendimiento mecánico de los ventiladores
axiales, ya que los ventiladores centrífugos transmiten
el movimiento desde motor al rodete con transmisión
por correas o mediante otros tipos transmisiones. Esto implica una serie de complicaciones
adicionales frente a un ventilador axial, ya que además de la pérdida de rendimiento por
transmisión, podrían aparecer más frecuentemente fenómenos de vibraciones debido a que
es un sistema mecánico más complejo.

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En ciertos ventiladores centrífugos se plantean problemas en la transmisión como puede
ser el deslizamiento de la correa, destensado, exceso de tensado que repercute sobre los
rodamientos, y con cierto peligro de rotura de las correas cuando están expuestas a
temperaturas extremas.
Un ventilador axial, para las mismas prestaciones de
presión y caudal, requiere menor espacio físico que un
ventilador centrífugo, ya que por el diseño puede utilizar
motores de mayor velocidad. El ventilador centrífugo al
contrario, necesita cimentaciones mayores para el
ventilador y toda su ductería incrementando el costo de la
instalación significativamente.
La presencia de agua es perjudicial para los ventiladores
centrífugos, ya que el rodete de estos, presentan en su configuración huecos que acumulan
agua mientras trabajan, produciendo un desequilibrio en el ventilador que degenera en
vibraciones.
Un ventilador axial tiene más versatilidad en la regulación que un ventilador centrífugo,
debido a que es posible actuar sobre el ángulo de posición de los álabes y sobre la
velocidad de rotación con un variador de frecuencia, pudiendo alcanzar una gran gama de
puntos de funcionamiento, mientras que el ventilador centrífugo tiene regulación por
velocidad, y si queremos conseguir otro punto de funcionamiento, será a base de aumentar
la resistencia del circuito (con un damper de regulación, p.e.), lo que significaría un
incremento de potencia debido a la regulación.
En este capítulo nos centraremos especialmente en los ventiladores axiales que son los que
se utilizan en la mayoría de las instalaciones.
2.4 Tipos de configuraciones de un ventilador
Un ventilador puede ser, según su forma constructiva,
horizontal o vertical. Los ventiladores horizontales son los
más usuales, pero los verticales son más aconsejables para
ciertos tipos de aplicaciones. Es este el caso en los
ventiladores exteriores de minería profunda y caudales
importantes, donde la configuración vertical reduce las
pérdidas de carga del circuito, al evitarse el tener que
construir un codo para dirigir el flujo. Este codo genera unas
pérdidas de carga importantes, que se traducen en más
potencia a instalar. Todo esto se evita con una configuración
de ventilador vertical.
En las figuras podemos observar las tres configuraciones
clásicas para ventiladores axiales de extracción de aire en
minas subterráneas. Arriba a la izquierda la configuración
vertical. Arriba a la derecha la configuración horizontal con
salida vertical. A la izquierda tenemos la configuración
Ventilador Vertical

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horizontal con salida horizontal. Se aprecia la necesidad de construir un codo para dirigir el
flujo de aire hacia el ventilador, con los inconvenientes que como hemos visto acarrea.
Por otra parte, ya hemos visto que según el tipo de accionamiento un ventilador puede ser
accionado directamente por el motor, por medio de un eje de transmisión cardan o por
medio de poleas/correa. Lo más frecuente es el acople directo del motor al rodete, pero en
algunas aplicaciones es necesario el acoplamiento cardan, cuando el aire a extraer es
corrosivo o potencialmente explosivo, o simplemente para optimizar las tareas de
mantenimiento del motor. La transmisión por poleas y correas, por su parte, ha caído en
desuso por su bajo rendimiento.
Otro tipo de clasificación podría hacerse en función del número de etapas o escalones. La
mayoría de las aplicaciones requieren una sola etapa. Sin embargo, aplicaciones con
presiones muy elevadas (más de 5000 Pa) no se consiguen con un ventilador de un solo
escalón. En estos casos es cuando se usan los ventiladores de dos escalones, que son
capaces de conseguir presiones mayores.
Ventiladores de doble escalón
Ventilador Horizontal

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Teóricamente un doble escalón conseguiría el doble de presión que un rodete de un solo
escalón, pero en la práctica el aire sale tan torsionado del primer rodete que el segundo
pierde algo de eficiencia, con lo que se realmente se consiguen menos presión. La
utilización de estos ventiladores es equivalente al uso de varios ventiladores en serie.
Otra clasificación podría
establecerse en base a la función
que va a realizar el ventilador.
Efectivamente, un ventilador
puede ser de extracción de aire
viciado o de impulsión de aire
fresco. Los ventiladores de
impulsión de aire generalmente
son más sencillos que los de
extracción. Prácticamente
movilizarán aire limpio. Estos
últimos han de estar preparados,
según la aplicación, para extraer
aire abrasivo, humos calientes o
gases explosivos. En estos casos,
la protección del ventilador en su
conjunto es más rigurosa.
Además, los motores pueden ser
encapsulados para evitar que se
dañen por la abrasión o la
atmósfera corrosiva (casos
típicos de minería), o resistentes
a la temperatura durante un cierto
intervalo de tiempo (caso de
ventiladores de extracción de
humos para emergencias en túneles). En la figura de la derecha podemos ver un ventilador
vertical de construcción robusta para aplicaciones mineras.
Ventilador Horizontal inyector / impulsor
Ventilador Horizontal extractor

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3 VENTILADORES AXIALES. COMPONENTES
El ventilador, constructivamente, constara principalmente de los siguientes elementos:
Parte activa del ventilador, que será el elemento principal del ventilador donde
están integrados el motor, el rodete de álabes, las directrices. Generalmente estará
constituida por dos carcasas, la carcasa del rodete y la carcasa del motor.
Compuerta motorizada, tipo “todo o nada”, generalmente un damper de lamas
paralelas o una guillotina.
Difusor, cuya principal misión es la de reducir la velocidad de aire a la salida de la
parte activa, con el fin de disminuir la presión dinámica y como consecuencia
reducir la pérdida de carga en presión.
Carcasas de medición. Son carcasas adicionales en las que se miden los parámetros
presión y caudal del ventilador. Generalmente se instala una en el lado de
aspiración de la parte activa del ventilador. Opcionalmente puede ir integrada en la
Rodete
Carcasa Rodete
Carcasa
motor
Directrices
Patas soporteRejilla
Caja de
bornas

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parte activa del ventilador, dentro de la carcasa rodete, aunque para ello esta
debiera ser más larga.
Conexión del ventilador al circuito. Si el ventilador está en exterior, en un extremo
del circuito, la conexión se realiza o mediante un codo si es que se conecta a un
pozo o mediante una conexión a pared si es que se conecta a un tabique. Si el
ventilador está dentro del circuito, para generar la presión sobre éste, hay que
conectar el ventilador por uno de sus lados a un tabique. Si se hace por el lado de
aspiración se utiliza una conexión a pared tipo redondo-cuadrado, pero se realiza
por el lado de impulsión, por ejemplo al final del difusor, el ventilador la parte
activa del ventilador necesitará una tobera de admisión
El rodete del ventilador se compone de los álabes y el cubo o soporte de los álabes, que es
donde se acoplan éstos para mantenerlos solidarios mientras gira el motor que lo acciona.
3.1 Perfil aerodinámico del álabe
Cuando un alabe se inclina cierto ángulo para así
“mover aire”, una fuerza (F) tal y como indica la
expresión (1.1) se ejercerá sobre dicho alabe.
Esta fuerza se divide en dos componentes, una
llamada Fuerza de arrastre (FD) que tiene la
dirección del fluido, y otra llamada Fuerza de
Sustentación con dirección perpendicular a la del
fluido.
(Re)22
  vlkF Fuerza sobre alabe (1.1)
2
2
1 vACF DD   Fuerza de arrastre
2
2
1 vACF LL   Fuerza de sustentación
Donde:
- A, es la superficie del alabe
- V, es la velocidad del fluido (aire)
-  es la densidad del fluido (aire)
- CD y CL, los coeficientes de arrastre y sustentación respectivamente (Función del
número de Reynolds, Re)
Si el ángulo de ataque varia, también lo harán los coeficientes CD y CL así como las fuerzas
de sustentación y arrastre.

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Álabes
Cubo del ventilador
La fuerza de sustentación es la
componente útil de la fuerza ejercida
sobre el alabe, ya que la componente
de arrastre es la pérdida de energía
de dicha fuerza.
De esto se deduce que un buen
diseño del álabe será el que posea
una relación elevada entre
componente de sustentación y
arrastre.
La fuerza de sustentación es creada por la forma
de la parte superior del alabe, que origina un
incremento en la velocidad local del fluido, y por
lo tanto una reducción en la presión estática. La
velocidad local en la parte inferior del alabe
sufrirá pocas variaciones, y la fuerza de
sustentación se originara.
La mayor parte de dicha fuerza de sustentación
se originara en el primer 20 % de esta superficie,
el resto de esta superficie tendrá una forma tal
que proporcione la menor resistencia posible.
Cuando el ángulo de ataque se incrementa en
exceso, se producirá un desprendimiento brusco
de fluido que no recorrerá toda la superficie del alabe de manera uniforme, incrementando
de esta forma la fuerza de arrastre y reduciendo la fuerza de sustentación. Se produce
entonces un fenómeno de cavitación, que se conoce en el mundo de los ventiladores como
fenómeno de “bombeo”.
Si un ventilador opera en bombeo, es
debido a que el caudal es demasiado
bajo para el ángulo de ataque de los
álabes regulado es ese momento.
Este caudal pudiera haber
disminuido debido a un incremento
de resistencia en el circuito asociado
a ese sistema, produciéndose un
incremento de presión, ya que el
punto de funcionamiento se desplaza
a lo largo de la curva de
funcionamiento del ventilador.
Por tanto, el trabajo del ventilador en bombeo debido a la resistencia del circuito, se puede
evitar desde el origen definiendo apropiadamente la forma del alabe.

17. VENTILACION DE MINAS
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Para la selección de un rodete se ha de tener en cuenta lo siguiente:
1. Perfil aerodinámico del álabe
2. Perfil aerodinámico de la directriz
3. Número de álabes
4. Diámetro del rodete
5. Diámetro del cubo
6. Velocidad de giro del motor
7. Temperatura máxima del fluido (aire) que va a movilizar
8. Comprobación de resistencia mecánica del diseño final
3.2 Cómo se produce presión en ventiladores
Un ventilador, haciendo la suposición de flujo incompresible, produce un incremento de
presión total al paso del aire por él.
El teorema fundamental de las turbomáquinas dice que entre dos puntos de una línea de
corriente H=U V, donde H es la entalpía, U es la velocidad de rotación y Ves la
componente tangencial de la velocidad del aire. Esto parece muy complicado pero con los
triángulos de velocidades y supuesto el caso incompresible se vuelve muy sencillo.
En flujo incompresible H se transforma en Ptotal/ donde  es la densidad.
En el triángulo de velocidades se toma el aire que va por la línea media del ventilador. U a
la entrada y a la salida es igual a la velocidad de giro por el radio. Como el radio no cambia,
U no cambia. Esto no es el caso en máquinas radiales, donde la presión se aumenta por el
cambio de radio.
En el gráfico anterior:
V velocidades absolutas
W velocidades relativas
x componente axial
 componente tangencial.
U
U=-W1
W1
V1= Vx1
Vx2= Vx1
W2
W2
V2
V2

18. VENTILACION DE MINAS
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A la entrada del ventilador, el aire entra axialmente, su componente tangencial es nula. El
producto de UVa la entrada es 0. El rodete, aunque el flujo entre axial, ve una
componente tangencial relativa al álabe, que es igual a la velocidad de rotación.
El álabe guía el flujo de manera que la componente tangencial relativa es diferente a la
salida de la velocidad de rotación. V que se obtiene al componer la velocidad relativa con
la velocidad de rotación no va a ser nula, y el producto UV se hace distinto de 0 y
produce aumento de presión. Se justifica también que cuanto más alto sea el radio (relación
cubo carcasa mayor para el mismo diámetro exterior, o mayor diámetro exterior) mayor es
el aumento de presión.
Si no tenemos directriz aerodinámica, todo este aumento de presión total no se transforma
en aumento de presión estática, aunque el flujo sea incompresible. La razón es la
componente tangencial de la velocidad que produce pérdidas de mezclado al empujar el
aire. La misión de la directriz o álabe guía es “guiar” al flujo para que todo el incremento
de presión total vaya en la dirección axial. En la directriz se pierde algo de presión total por
la fricción con la pala y el espesor del borde de salida, pero se gana presión estática, ya que
toda la velocidad tangencial se elimina, y suponiendo que el flujo es incompresible, la
velocidad a la salida debe ser igual a la de entrada por continuidad, “no se crea aire en el
ventilador”.
El diseño óptimo de la directriz se da cuando toda la componente tangencial de la
velocidad es eliminada, y las pérdidas de presión total se reducen al reducirse el espesor, y
con una elección de la cuerda y el número de ellas óptimas.
3.3 Número de álabes
El número de álabes de un rodete esta relacionado con la presión total que este generará.
Un incremento en el número total de álabes, implicará que el ventilador genere un
impórtate incremento de presión con un moderado incremento de caudal de aire, siempre y
cuando se mantenga la misma velocidad de rotación del motor y no se cambie el diámetro
del ventilador.
3.4 Diámetro del rodete
El diámetro del rodete esta relacionado con el caudal que este moverá.
Un incremento del diámetro total del rodete, implicará que el ventilador entregue un caudal
de aire mayor mientras que se mantenga la velocidad de rotación y mismo diseño a
cantidad de álabes.
3.5 Velocidad de giro del motor
Con el resto de parámetros fijados, en función de la velocidad y a medida que se
incrementa ésta, conseguimos más presión y más caudal. Por tanto, con un rodete con
cierta configuración de álabes, si el motor eléctrico es de 2 polos (3000 rpm. a 50Hz)

19. VENTILACION DE MINAS
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Diámetro del rodete
Diámetro del cubo
tendrá más capacidad que si se utiliza un motor de mayor número de polos (menor
velocidad). Como consecuencia para cada velocidad se tendrán unas curvas características
en distinta posición. Realmente se mantienen, pero estas se desplazan a lo largo de la curva
resistente.
El caudal se incrementa proporcionalmente a la velocidad de rotación y la presión al
cuadrado:
1
2
12
u
u
QQ 
2
1
2
2
12
u
u
PP 
Donde u es la velocidad de rotación.
3.6 Diámetro del cubo
El diámetro del cubo esta
relacionado con el caudal y con
la presión del mismo.
Un incremento del diámetro del
cubo manteniendo constante el
diámetro del rodete, implicará
que el ventilador entregue un
caudal inferior con un
incremento de presión de aire
elevado. Del mismo modo, si el
diámetro del cubo se disminuye,
el caudal incrementara y la
presión disminuirá.

20. VENTILACION DE MINAS
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4 EL VENTILADOR AXIAL Y SUS ACCESORIOS MAS FRECUENTES.
En función de los objetivos que se desean alcanzar con la instalación de un ventilador, este
puede tener un diseño u otro, así como llevar diferentes accesorios. En este apartado
repasaremos las configuraciones más frecuentes, así como los accesorios más comunes,
explicando su función y ámbito de aplicación.
4.1 Ventilador
Se considera ventilador, propiamente dicho, la parte activa del conjunto, y está compuesto
por carcasa, rodete y motor.
Carcasa
Es la envolvente que protege el rodete y el motor del ventilador.
Normalmente está construida por acero al carbono. Si las
condiciones de trabajo del ventilador son de una
exigencia baja suele hacerse un tratamiento de chorreado,
mientras que si hay una exigencia mayor, el tratamiento
será de galvanizado en caliente.
Para facilitar el transporte, montaje y mantenimiento,
pueden fabricarse carcasas independientes para motor y
rodete. Por el mismo motivo, si el diámetro de ventilador
es muy grande (más de 1800mm), la carcasa o carcasas se
fabrican partidas en dos piezas para facilitar el montaje y
transporte
Rodete
El rodete del ventilador es la parte móvil del mismo.
Como hemos visto, se compone de álabes y cubo o
soporte de los álabes. En función de las necesidades, el
rodete puede ser de álabes regulables o no regulables. En
el caso de álabes regulables, pueden serlo por diversos
sistemas:
- Álabes regulables manualmente
por regulación individual, álabe a
álabe.
- Álabes regulables manualmente
por regulación central.
- Álabes regulables hidráulicamente.
En este caso existe la posibilidad de que dicha regulación se haga
con el ventilador en marcha.

21. VENTILACION DE MINAS
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Veremos más adelante una descripción más detallada de estos sistemas de regulación.
Motor
El tipo de motor del ventilador depende de las características del mismo. Algunas
características a reseñar son:
o La forma constructiva varía entre B3,
B5 y B8 si el ventilador es horizontal, y
V1 y V3 en caso de ventiladores
verticales.
o Ventiladores para trabajar en atmósfera
explosiva, necesitan motores
antideflagrantes o que los motores
estén encapsulados.
o Si el ventilador ha de ser resistente a
temperatura, por ejemplo, 400ºC
durante 2 horas, el motor lógicamente
también debe serlo, salvo que éste no
este bañado por el flujo del aire que moviliza el ventilador.
o En cuanto a los rodamientos del motor, suele exigirse que tengan una vida L10
mayor de 20000 horas.
o El motor debe ir preparado para llevar
sondas de temperatura si así se requiere.
o En la selección del motor se considerará
también el tipo de arranque que se proyecte
para el mismo (variador de frecuencia,
arrancador suave, arranque directo o
arranque estrella triángulo).
o Si el ventilador va a trabajar a grandes
altitudes (mayor de 1000m), en
atmósferas con grandes humedades
relativas (mayores del 90%) y
temperaturas mayores de 40ºC o
menores de -20ºC, hay que transmitir
estos factores al fabricante para que
dimensione adecuadamente el motor.
o En cuanto a la ubicación del motor,
éste puede ir dentro de la parte activa
del ventilador, en la carcasa del
ventilador o puede ir fuera del mismo,
motor

22. VENTILACION DE MINAS
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con transmisión por eje cardan. Este tipo de accionamientos se usa en ventiladores
para minería cuando se da alguno de los siguientes supuestos :
 El aire que pasa por el ventilador es corrosivo, y por tanto el motor se desea
instalar fuera de la influencia del circuito de aire para una mayor duración
de los rodamientos.
 En caso de atmósfera potencialmente explosiva, donde se desea instalar el
motor fuera del circuito de
aire para evitar tener que
utilizar un motor
antideflagrante.
 Se desea instalar el motor
fuera del circuito porque así
se optimizan las labores de
mantenimiento o reemplazo
del motor.
Los ventiladores con accionamiento
por eje cardan suelen ser máquinas de mayores dimensiones, y por tanto estructuras
más complejas y que requieren de más obra civil de cara a su instalación.
No obstante a lo anteriormente expuesto, los ventiladores accionados por eje cardan
tienen una serie de desventajas que no aconsejan su instalación a no ser que sea
estrictamente necesario. Estas desventajas son:
 Motor menos refrigerado, ya que no le baña el aire que pasa por el
ventilador (lo que implica un menor rendimiento y por tanto mayor
consumo).
 La potencia absorbida de la red por el motor será la potencia necesaria en el
eje (debido a los parámetros aerodinámicos) afectada por el rendimiento del
motor más el rendimiento mecánico debido a la transmisión. Si no tenemos
esta transmisión cardan, debido a un acoplamiento directo del motor al
rodete, la potencia absorbida será mayor:
)()( directoabsobida
motor
eje
cardammotor
eje
cardanabsobida P
PP
P 



 Habrá más puntos de inspección en el mantenimiento (no todos accesibles)
debido a que tendremos mayor número de rodamientos y puntos de engrase.
 Como hemos comentado, se requiere un mayor espacio requerido para la
instalación / cimentación. Está claro que el instalar el motor fuera del propio
ventilador implica un espacio necesario para la ubicación del motor, así
como una bancada especial para el motor, la cual, si no tiene una buena
ejecución traerá problemas de vibraciones y deterioro de rodamientos a
largo plazo.
 Dado que el ventilador será más complejo, la fabricación será más cara a
igualdad de calidad.
 El ventilador con accionamiento mediante transmisión cardan, necesita más
elementos mecánicos que el ventilador con acoplamiento directo.

23. VENTILACION DE MINAS
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Adicionalmente, para que el motor no entorpezca el paso del aire a veces se
requieren configuraciones de ventilador que implica codos a la salida del
difusor, cardan más largo para separa motor de la admisión de ventilador,
etc.
 Mayor nivel de ruido debido a tener el motor fuera. Cuando el motor está
dentro del ventilador, el ventilador puede insonorizarse, con la
correspondiente reducción de ruido. Si la instalación va con cardan, por un
lado tendremos el ruido aerodinámico del ventilador y por otro lado
tendremos el ruido mecánico del motor y de su transmisión. Si hubiese que
reducir el nivel de ruido, sería necesario una insonorización del ventilador y
una insonorización del motor.
 Resonancia. Se produce resonancia
cuando una frecuencia de vibración
coincide con la frecuencia natural del
sistema, y puede ocasionar una
ampliación espectacular de la
amplitud que a su ver, podría dar
lugar a un fallo prematuro o incluso
catastrófico. Puede tratarse de una
frecuencia natural del rotor, pero en
muchos casos puede tener su origen
en el bastidor de soporte, bancada,
soporte caballete. Con la instalación
de un eje cardan se multiplica por
tanto el riesgo de resonancia.
 Mayor probabilidad de desalineación
del eje.
 Mayor probabilidad de flexión del eje
Estas desventajas pueden ser asumibles, ya que aunque la instalación sea más cara y puede
requerir más puntos de mantenimiento, esta diferencia en el coste, dependiendo de las
circunstancias en cada caso, puede ser favorable a la elección del cardan en caso de cambio
de motor, que será más rápido, en caso de posible deterioro del motor por afectarle la mala
calidad del aire que extrae el ventilador, etc.

24. VENTILACION DE MINAS
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4.2 Accesorios
Tobera de admisión
La misión de la tobera es la de minimizar la pérdida de carga producida a la entrada del
aire en el ventilador. Salvo en el caso de los ventiladores reversibles con dos difusores, la
mayoría de los ventiladores llevan acoplado este elemento si no están conectados al
circuito de ventilación por un codo a pozo o
directamente a un tabique mediante una pieza
de conexión
Rejilla
Este elemento sirve para proteger el rodete de la
entrada de elementos no deseados que puedan
entorpecer el buen funcionamiento del
ventilador. Normalmente se coloca en la zona
de aspiración del ventilador, aunque si el
ventilador fuese reversible, debería colocarse tanto en aspiración como en impulsión.
Soportes antivibratorios
Los soportes antivibratorios están destinados a reducir la vibración que se transmite desde
el ventilador hacia la cimentación. Se trata de unos amortiguadores de muelle o caucho que
se colocan en las patas del
ventilador.
En ventiladores de mina se
utilizan poco. Generalmente, los
ventiladores van apoyados
directamente a la cimentación
con un anclaje robusto, de manera que sea la cimentación quien absorba las vibraciones.
Compensador textil
El compensador textil es un elemento que se conecta normalmente a
ambos lados de la parte activa del ventilador. Su objetivo es aislar el
ventilador del resto de elementos, de manera que les transmita las
vibraciones que se generan en él. Por otro lado, permite extraer la
parte activa del ventilador si fuese necesario, sin más que quitarle
los anclajes de la cimentación.
Difusor
El difusor es un elemento que se acopla a la descarga del ventilador para reducir su presión
dinámica de salida. La presión dinámica con la que el aire sale del ventilador es una
pérdida de energía, es decir, es una energía que el ventilador genera, pero que no realiza
rejillatobera

25. VENTILACION DE MINAS
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trabajo. Por tanto, para un caudal dado si
conseguimos un área de salida mayor la
velocidad de salida y por tanto la presión
dinámica serán menores, consiguiendo así que
el ventilador realice más trabajo útil.
Cabría pensar entonces que cuanto mayor sea
el tamaño de difusor sería mejor para el
rendimiento del ventilador, pero para el buen
diseño de un difusor se han detener en cuenta
varios aspectos:
1. El máximo semiángulo de apertura del
aire es de aproximadamente 7º, por lo
que no se debería diseñar un difusor
con un ángulo de apertura mayor. Se
puede establecer como límite práctico de apertura 15º.
2. Llegará un punto en que el gasto en material debido a la instalación de un difusor
mayor no compensa la reducción de presión dinámica derivada del aumento de
sección de salida.
3. Los condicionantes para el transporte de dichos elementos también han de tenerse
en cuenta (si va ir a su destino por camión, barco o avión). Cada uno de estos
medios de transporte tendrá sus limitaciones, ya que elementos muy grandes
representan un sobrecoste que no compensará la ganancia en rendimiento del
ventilador. Por ejemplo, un transporte especial por carretera y un contenedor mayor
de lo normal en un barco o avión serían prohibitivos en la mayor parte de los casos.
Esta es la razón por la que a partir de 1800 o 2000mm de diámetro los difusores se
fabrican partidos, y en ocasiones, si estos son muy largos, se fabricarán como dos
difusores partidos que se acoplarán uno tras otro en la instalación final.
Normalmente, los difusores se construyen de chapa de acero, y su tratamiento
anticorrosivo normalmente es el chorreado con arena de sílice.
Válvulas tipo damper y tipo guillotina.
Los ventiladores pueden llevar válvulas que corten el paso
de aire a través de los mismos por dos motivos:
1. Existe una instalación con varios ventiladores en
paralelo, pero es posible que no todos funcionen al
mismo tiempo. Por tanto, para evitar
recirculaciones de aire, los ventiladores que no
están funcionando han de ser “cerrados” por dicha
válvula de cierre.
2. Si existe un fuerte tiro natural o hay influencia en el circuito de otro ventilador que
dificulta el arranque del ventilador. Para evitar la influencia de dicho tiro natural,
los ventiladores usan estas válvulas que van abriendo a medida que el ventilador
arranca. Esto es un caso muy típico en las minas profundas y con varios pozos de
ventilación.

26. VENTILACION DE MINAS
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Los dampers son válvulas que consisten de un bastidor donde se acoplan unas lamas
horizontales montadas sobre ejes, que son accionados por un actuador para cerrar o abrir
el paso de aire. Se colocan normalmente a la salida del ventilador, acopladas normalmente
en la zona de descarga del difusor. Este tipo de elemento ha de ser resistente a temperatura
si las exigencias del circuito así lo requieren. Por su parte, el actuador eléctrico deberá ser
encapsulado o protegido si va a trabajar en ambientes con mucho polvo, como es el caso de
las minas.
Las guillotinas, como su propio nombre indica, son válvulas con tal disposición. Se trata de
una chapa de cierre que se desliza por un bastidor hasta cerrar completamente el paso de
aire por el ventilador. Es normalmente accionada por un actuador eléctrico, aunque
frecuentemente tienen un volante de accionamiento manual para emergencias.
Generalmente se instalan en el lado de aspiración del ventilador, al contrario de los
dampers.
En la figura se representa una guillotina vertical, en una instalación con codo y difusor
vertical.
Ventilador de Mina con guillotina, codo y difusor de salida

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Generalmente las guillotinas suelen ser verticales, pero en ocasiones debido al eje cardan y
el motor en la zona de aspiración, obligan a un buscar una instalación horizontal
ubicándola en la base del codo que conecta al pozo.
Codos
En ocasiones la salida del flujo de aire es vertical, como por ejemplo en las minas cuando
este sale de un pozo vertical y hay una instalación con ventilador horizontal. Para estos
casos se necesita una estructura en forma de codo que oriente el flujo de modo que éste
entre horizontalmente en el ventilador
La instalación de estos codos puede evitarse utilizando ventiladores verticales, y además se
evitaría así la pérdida de carga derivada de los mismos, con lo que la potencia de
ventilador podría ser menor.
De todos modos, en el caso de que se tenga que instalar un codo, con el fin de que la
pérdida de carga del mismo sea mínima, es muy recomendable la instalación de chapas
deflectoras de flujo en el interior del mismo, de manera que ayuden a direccional el aire.
Un detalle de estas chapas se aprecia en la figura siguiente.
Codo con chapas deflectoras.

28. VENTILACION DE MINAS
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Con la instalación de estas chapas deflectoras puede llegar a reducirse la pérdida del codo
más de un 50 %.
Otras ocasiones en las que es necesario un codo es cuando se instala un motor externo con
accionamiento por eje cardan, y por cualquier motivo no se puede sacar el eje hacia la zona
de aspiración. Este supuesto, por tanto, obliga a instalar el eje en impulsión. Para que el
aire no salga a chocar contra el motor, suele ponerse un codo deflector de manera que el
aire se expulse al exterior de forma vertical. Tras el codo suele colocarse un difusor
vertical.
Piezas de adaptación
Cuando el ventilador va conectado a conductos de diferente sección a la del propio
ventilador o en su caso el difusor, se necesita una pieza de adaptación. Esta pieza de
adaptación será diferente en función de las secciones de ventilador y conducto, pudiendo
incluso transformar la sección de cuadrado a redondo o viceversa.

29. VENTILACION DE MINAS
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Curvas de Rendimiento
Curvas del Ventilador
5 CURVA CARACTERÍSTICA DEL VENTILADOR.
Un ventilador podemos caracterizarlo por su curva, que es el lugar geométrico de los
puntos de funcionamiento del mismo. Para cada ángulo de regulación de los álabes
tendremos una curva distinta. El punto de corte de la curva del ventilador con la resistencia
del circuito es el punto de funcionamiento del ventilador, (Po,Qo).
Con un punto de funcionamiento, estamos definiendo el punto de corte de la curva
característica del ventilador con la curva resistente del circuito de ventilación. Por tanto, el
punto P0 y Q0 pertenece a la curva resistente de la mina.
Realmente, tendremos definido con este punto la resistencia equivalente de la mina, o lo
que es lo mismo, el orificio equivalente:
Re = 2
0
0
Q
P
(K  ) = 2
0
0 1000
Q
P 
(  );
y además:
eR
1000
38.0 (m2
)
CAUDAL
Qo
Po
Qo
Po
Re = 2
0
0
Q
P

30. VENTILACION DE MINAS
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PORCENTAJEDEPRESIÓNESTÁTICA
O
O
Q1
P1
CAUDAL
Resistencia
del sistema
Curva de 2
ventiladores
en serie
QT
PT
Curva de 1
ventilador
PT /2
PT /2
5.1 Acoplamiento de ventiladores
En instalaciones importantes de ventilación, cuando es necesario disponer de caudales o
presiones con grandes variaciones, puede resultar conveniente de dotarlas de equipos
acoplados de forma que trabajando en conjunto o bien separados proporcionen la
prestación exigida en cada momento. Si las variaciones necesarias son discretas puede
bastar un único ventilador con un sistema de regulación, pero cuando sean precisas unas
capacidades muy elevadas, hay que recurrir a un sistema de acoplamiento de equipos, tanto
en serie como en paralelo.
Trabajo en serie de 2 ventiladores
Con el trabajo en serie de dos
ventiladores, el caudal de aire que
pasa por ambos ventiladores debe ser
igual, de valor Q1 y la depresión total
es igual a la suma de las depresiones
producidas por cada ventilador PT =
PT/2 + PT/2.
En consecuencia, la curva
característica totalizada de ambos
ventiladores se construye sumando
las ordenadas de sus curvas
características individuales.
El caudal total de dos ventiladores
iguales, instalados en serie y que
giran con igual número de
revoluciones, es mayor que cada
caudal parcial, pero, siempre inferior
a la suma de los caudales del trabajo
individual.
Es decir, Q1< QT < Q1+Q2 =2xQ1
Para una resistencia dada, como podemos ver en el gráfico adjunto, un solo ventilador
podría trabajar en un punto próximo al bombeo, en cambio, al acoplarle otro ventilador, se
puede observar que (PT, QT), está bastante alejado del régimen inestable.
Trabajo en paralelo de 2 ventiladores
En un sistema de trabajo de dos ventiladores en paralelo, cada ventilador es concebido para
la mitad del caudal de diseño. Cuando dos ventiladores trabajan en paralelo, forman un
sistema que estará caracterizado por la curva resultante de la suma las abscisas de sus
curvas características individuales.

31. VENTILACION DE MINAS
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La resistencia del circuito corta la curva del sistema en un punto (PT,QT). El punto de
funcionamiento de cada ventilador, como se puede ver en el gráfico anexo, corresponde a
(PT,Q1=Q2), tal que Q1+Q2= QT para el caso de dos ventiladores idénticos.
Si sólo uno de los ventiladores trabajase, su punto de funcionamiento sería distinto, con
una presión más baja y con un caudal de aire mayor, (PT1,QT1).
Al contrario del trabajo en serie de 2 ventiladores, si la resistencia del circuito de
ventilación es importante, si se arrancan 2 ventiladores en paralelo, estos pueden entrar en
régimen inestable a pesar de que individualmente trabajen bien.
5.2 Fenómeno de Bombeo
Los mayores problemas con la inestabilidad de los ventiladores se producen en el trabajo
de múltiples ventiladores en paralelo.
Incluso, aunque la resistencia sea apta para poder trabajar en paralelo dos ventiladores,
debido al sistema o la secuencia de arranque, se pudiera no alcanzar nunca la estabilidad,
(Efecto Eck).
Para un solo ventilador en funcionamiento, si la resistencia del circuito fuese mayor de lo
estimado, el punto de funcionamiento se desplazaría hacia caudales mayores, pero, si la
resistencia fuese más elevada en punto de funcionamiento tendería a caudales inferiores,
llegando incluso a hacer que el ventilador trabajase en régimen inestable, es decir en
bombeo. Este fenómeno se evita ya en fase de diseño calculando un tipo de álabe que
defina una curva del ventilador, tal que el corte con la curva resistente esté fuera de la zona
inestable del ventilador.
Para cada curva característica del ventilador tendremos un punto de bombeo, por tanto, si
tenemos en cuenta que un ventilador tiene un haz de curvas que abarca el rango de
PORCENTAJEDEPRESIÓNESTÁTICA
O
O
100
QTQ2Q1
PT
CAUDAL
Zona de inestabilidad Resistencia del sistema
Curva de 2 ventiladores
QT1
PT1

32. VENTILACION DE MINAS
32 de 180
regulación de los álabes, definimos la curva formada por los puntos de bombeo del haz
como “curva límite de bombeo”.
Un ventilador operando cerca del punto de bombeo tendrá un severo incremento de ruido.
En algunos ventiladores sonará casi como si el rodete estuviese siendo impactado por un
objeto sólido (“hammering”).
Un ventilador trabajando continuamente en bombeo puede provocar una fatiga estructural
de los álabes. Esto es especialmente cierto para ventiladores axiales que tienen álabes
largos, como es el caso de los ventiladores que entregan un alto caudal a presiones
moderadas.
En el pasado, en ciertas minas el punto de bombeo se medía, ya que era un dato que debía
ser conocido por los responsables de la ventilación de la mina. El valor de catálogo del
límite de bombeo desciende con el uso del ventilador, a medida que los álabes sufren
desgaste y el perfil va cambiando.
Medición artesanal del punto de bombeo
Antiguamente, se preparaba en
una sección P del acceso al
ventilador, algo alejada para
que el flujo en la aspiración sea
uniforme, un cierre regulable
que obstaculice el paso del aire.
Se medía el caudal Q, bien
cerca de la sección P o en el
propio ventilador en anillo de
medición (depende de la
técnica de medida que se desee
aplicar). Se medía a la vez la
depresión del ventilador h = Pt, para lo cual la sonda de lectura (tubo de pitot) ha de estar
dirigida frente al flujo del aire.
Cuando el ventilador entra en bombeo, se observa:
 Un cambio de ruido aerodinámico. Si el observador se encuentra dentro de la mina
observa que el aire avanza y se para periódicamente.
 En el manómetro la columna de agua oscila continuamente.
CAUDAL
Qo
Po
PRESIÓN
Zona inestable
del ventilador
Resistencia real
Curva
Ventilador
Resistencia
estimada
Rreal > Rdiseño
CAUDAL
Qo
Po
PRESIÓN
Curva
Ventilador
Zona inestable
del ventilador
Resistencia
estimada
Resistencia
real
Rreal < Rdiseño

33. VENTILACION DE MINAS
33 de 180
 En el amperímetro, la aguja oscila.
 Todo ello corresponde a que, pasando el punto de bombeo, el régimen es inestable
y el punto de funcionamiento "pendulea" sobre la concavidad de la curva
característica.
Detección del régimen inestable. Sonda Petermann
Actualmente, los ventiladores, que suelen ser equipados con un armario de control,
gestionan las presiones medidas mediante una sonda Petermann en la “carcasa rodete” y
que mediante un presostato detecta el régimen inestable, evitando que el ventilador se dañe.
Se pretende resaltar el efecto del bombeo en las dimensiones del sistema, tipo de ventilador,
sistema de control, así como en el tiempo y tipo de arranque.
Influencia del arranque en el bombeo
El trabajo del ventilador en bombeo debido a la resistencia del circuito, se puede evitar
desde el origen definiendo apropiadamente la configuración del álabe, pero hemos de tener
muy en cuenta, que además, un ventilador puede estar en bombeo por más motivos:
 Durante el arranque de un ventilador.
 Durante el arranque de dos ventiladores en paralelo.
Si tenemos una estación de ventilación de dos ventiladores en paralelo, con un solo
ventilador funcionando y en cierto momento hay que arrancar el segundo ventilador, para
caudal cero de éste último, ya se parte de una presión de valor PT, la cual está generando el
ventilador ya en funcionamiento, por tanto la situación será más complicada.
En el gráfico siguiente, se ve la evolución durante el arranque del segundo ventilador, una
vez ya en funcionamiento el primero. Hasta cierta velocidad de rotación la curva del 2º
ventilador estará por debajo de la presión PT(1). A partir de cierta velocidad, representada
por la curva verde, el ventilador entra en zona de estabilidad y la evolución teórica de los
puntos de funcionamiento tiende hasta (PT(2),Q1(2)). Este punto es el que corresponde al
régimen permanente, en el cual el sistema moviliza un caudal QT(2).
Espigas en carcasa rodete Sonda Petermann Presostato de bombeo

34. VENTILACION DE MINAS
34 de 180
En las curvas siguientes, donde se representa la evolución de los puntos de funcionamiento,
podemos distinguir un fenómeno que se dará con toda seguridad, y es que en el momento
que el segundo ventilador arranca, tiene una diferencia de presión de partida desfavorable
de valor PT(1) que provocará en los momento iniciales una recirculación de aire del primer
ventilador, por lo que la presión PT(1) tenderá a disminuir hasta que el fenómeno de
recirculación cese. Dependiendo del tipo de inestabilidad de la curva, puede que haya una
recirculación intermitentemente, de forma pulsatoria. A partir del momento que finaliza la
recirculación comenzará a incrementarse la presión hasta el momento en que llegue al
régimen permanente.
Puntos de funcionamiento en
el arranque del 2º ventilador
PORCENTAJEDEPRESIÓNESTÁTICA
O
O
100
QT(1)
PT(1)
CAUDAL
Resistencia del sistema
Curva de 2 ventiladores
QT(2)
PT(2)
Q1(2)
Zona de inestabilidad durante el arranque.
O
O
100%
PT(1
CAUDAL
PT(2
Q1(2)
Zona de inestabilidad
durante el arranque.
Teórica
O
O
100%
PT(1
CAUDAL
PT(2
Q1(2)
Zona de inestabilidad
durante el arranque.
Real

35. VENTILACION DE MINAS
35 de 180
Qbombeo
P[Pa]
Q [m³/s]
Arranque de un ventilador
El funcionamiento de un ventilador en bombeo debe de evitarse. Un ventilador trabaja en
bombeo si el caudal volumétrico real está por debajo del “Caudal de bombeo”. Durante
este funcionamiento en régimen inestable, pueden aparecer altas cargas dinámicas en los
álabes, así como un aumento de los niveles de vibración en el ventilador.
Durante el arranque, un
ventilador axial trabajará
en bombeo durante un
periodo corto, sin
embargo este periodo del
bombeo aumenta
significantemente si ha
de acelerarse una masa
grande de aire, con una
inercia importante, sobre
todo cuando se tiene un circuito muy resistente.
En el caso de estudio considerado, se observa que hasta que no transcurre un tiempo de
aproximadamente 30 segundos, el ventilador no sale del bombeo. Hasta entonces, el caudal
que mueve el ventilador no se corresponde con el teórico que debería dar el ventilador a la
velocidad de rotación correspondiente debido, entre otras cosas, a que se produce una
diferencia entre la presión del sistema y la de ventilador, que será la que acelerará la masa
del aire a través del circuito.
Como consecuencia, en el arranque, cualquier protección del ventilador que pueda estar
afectada por este fenómeno deberá ser desconectado, al menos hasta que se termine el
arranque, donde pasará del régimen transitorio al régimen permanente. Principalmente se
verán afectados cualquier sistema de detección de vibraciones, así como los sistemas
antibombeo, que son indicados para proteger el ventilador ya en régimen permanente.
Q
P[Pa]/n[rpm]
t [s]
Q[m³/s]
P ventilador
n
P bombeo

36. VENTILACION DE MINAS
36 de 180
Como se puede ver en la figura siguiente, en el ejemplo que estamos tratando, cuando el
ventilador llega a su velocidad de funcionamiento, el caudal de aire comienza a estabilizar.
El ventilador del ejemplo es un ventilador axial ZVN 1-25-500/6 de 2500 mm de diámetro
y 500kW de potencia instalada, por lo que los resultados nos sirven perfectamente para
sacar conclusiones aplicables a los ventiladores principales de minas.
Una vez que pasa la fase de funcionamiento inestable, es decir el bombeo, el ventilador
comienza a tener ya más presión disponible, ya que ha acelerado la masa de aire, con lo
que el caudal que moviliza el ventilador se incrementa con más celeridad. Es a partir de ese
momento cuando se empieza a mantener una proporcionalidad entre la velocidad de
rotación del rodete y del caudal que está moviendo.
Este fenómeno descrito anteriormente es referido a un solo ventilador en funcionamiento.
Arranque de dos ventiladores en paralelo
Para dos ventiladores idénticos, con arranque simultaneo, ocurre que siempre uno de los
dos ventiladores tiene un bombeo más prolongado. Para el ventilador que va en mejores
condiciones, su bombeo en el arranque podría superar los 40 s (frente a 30s de un solo
ventilador), pero el otro ventilador tiene un tiempo de bombeo superior, que podría pasar
de los 55s, dependiendo de la resistencia del circuito. Este bombeo se da en el transitorio
del ventilador, en el arranque, y cuando alcanza el régimen permanente, los dos
ventiladores han de tener el mismo punto de funcionamiento.
En el gráfico siguiente se puede observar ausencia de caudal hasta poco después de los 30
segundos, así como también entre los 45 y 50 segundos. El motivo es que el sistema de
medición de caudal empleado no medía valores negativos de caudal, es decir, el primer
ventilador estaba provocando un recirculación de aire, que cesó aproximadamente cuando
alcanza las 750 rpm del segundo ventilador.
Q
P[Pa]/n[rpm]
t [s]
Q[m³/s]
P ventilador
n
P bombeo
Arranque simultáneo:
Ventilador 1

37. VENTILACION DE MINAS
37 de 180
En el caso de que el segundo ventilador se ponga en marcha ya con el primero funcionando,
éste tendrá un arranque en peores condiciones, prolongándose el bombeo incluso hasta 72s.
Como se puede apreciar la recirculación es más importante y el fenómeno de bombeo más
prolongado. En muchos casos un ventilador si entra en régimen inestable, puede ocurrir,
como es bien conocido que no recupere y se mantenga en bombeo. No es el caso de
ejemplo que estamos manejando, pero si acoplásemos a estos dos ventiladores otros dos
más trabajando en paralelo, se puede deducir con facilidad, que el fenómeno se agudizará,
más aún si los puntos de funcionamiento en régimen permanente son distintos. El problema
ya no sería solamente en el arranque, sino que en el funcionamiento normal, a medida que
los ventiladores vayan ajustando su régimen según las necesidades de aire en el túnel,
estarán gran parte del tiempo en el transitorio.
Q
P[Pa]/n[rpm]
t [s]
Q[m³/s]
P ventilador
n
P bombeo
Arranque simultáneo:
Ventilador 2
Q
P[Pa]/n[rpm]
t [s]
Q[m³/s]
P ventilador
n
P bombeo
Arranque diferido:
Ventilador 2

38. VENTILACION DE MINAS
38 de 180
Si las condiciones de arranque no son controladas, puede que el segundo ventilador no
salga del bombeo. Este análisis descrito anteriormente se refiere a dos ventiladores
similares trabajando en paralelo, de condiciones aerodinámicas idénticas y trabajando a la
misma velocidad de rotación.
Soluciones adoptadas para el bombeo
Teniendo en cuenta los conceptos anteriores, cabe pensar que el trabajo en paralelo de 2 o
más ventiladores es un tema que hay que estudiar muy detenidamente y en conjunto con el
suministrador de equipos para poder garantizar que los ventiladores no trabajen en régimen
inestable.
Se ha visto que el fenómeno de bombeo puede aparecer en dos situaciones
 En el arranque
 Durante el funcionamiento.
Los ventiladores para evitar su deterioro debido al trabajo en régimen inestable, están
dotados de una sonda Petermann, que en conjunto con un presostato adecuado forman el
sistema antibombeo. Si entra en bombeo el ventilador, esta protección lo detectará con el
consiguiente paro del ventilador. Esta protección es necesaria sobretodo cuando por
motivos extraordinarios la resistencia del circuito se incrementa por encima de los valores
de diseño evitando la rotura de los álabes. Esta protección servirá al ventilador ya en
funcionamiento y en régimen permanente
Para el arranque de varios ventiladores en paralelo, mientras uno ya está en operación,
podemos evitar la inestabilidad bajando la velocidad del ventilador que ya esté
funcionando a una velocidad que denominaremos de acoplamiento y se arrancarán el resto
de ventiladores hasta la misma velocidad. A continuación se iniciará un incremento
simultáneo de la velocidad hasta que lleguen todos los ventiladores a la capacidad
requerida.
Como es evidente, se ha de disponer de variadores de frecuencia para poder realizar este
tipo de arranque. Por tanto, también las características aerodinámicas de los equipos en
relación con la resistencia de la mina, pueden condicionar la elección del tipo de arranque
y control de una instalación.
El conocimiento del fenómeno de bombeo, si es bien entendido, minimiza sus
consecuencias negativas. El conocimiento del transitorio del arranque o del cambio de
régimen de ventiladores en paralelo, evita problemas “a posteriori” en el conjunto del
sistema de ventilación, garantizando el correcto funcionamiento del mismo.
5.3 Trabajo en conjunto de ventilador y del tiro natural
La ventilación por la acción conjunta del ventilador y del tiro natural es semejante a la
ventilación de la mina mediante dos ventiladores instalados en serie, de los cuales uno
representa la ventilación natural.

39. VENTILACION DE MINAS
39 de 180
PORCENTAJEDEPRESIÓNESTÁTICA
O
O
Q1
P1
CAUDAL
Resistencia
del sistema
Curva
trabajo
conjunto
QT
PT
Curva de 1
ventilador
Tiro
Natural
PV
Tiro Natural favorable
PORCENTAJEDEPRESIÓNESTÁTICA
O
O
Q1
P1
CAUDAL
Resistencia
del sistema
Curva
trabajo
conjunto
QT
PT
Curva de 1
ventilador Tiro
Natural
PV
Tiro Natural desfavorable
Este problema se resuelve gráficamente por el procedimiento ya conocido; la diferencia
consiste en que, en vista de la constancia del valor de la ventilación natural, en la
construcción de la característica totalizada, la ordenada de la característica de la
ventilación natural se agrega a la ordenada de la característica del ventilador, en forma del
segmento constante. Naturalmente, si la dirección de la ventilación natural es inversa a la
dirección de la depresión del ventilador (tiro natural desfavorable), entonces, la ventilación
natural se resta de la depresión del ventilador.
Este fenómeno es importante tenerlo en cuenta, ya que ventiladores que tengan un
dimensionamiento muy ajustado sin considerar el tiro natural, si éste es desfavorable,
puede hacer trabajar al ventilador en régimen inestable. Es muy frecuente en minas que
tienen ventiladores viejos en las que la resistencia del circuito es ahora más resistente y que
en verano los ventiladores trabajan en bombeo durante el día.
Si vemos los gráficos anteriores, en esta última situación el ventilador pasa de trabajar en
(P1,Q1) a (PV,QT) que ya está prácticamente en bombeo.
Por tanto, si tenemos un tiro natural favorable, el ventilador irá más desahogado, pero en
cambio, si el tiro natural trabaja en contra, si éste es importante o el ventilador ya estaba
cercano al bombeo, entonces el ventilador finalmente trabajará en régimen inestable.
5.4 Regulación del rodete del ventilador
Con la regulación de los álabes se consigue cambiar de curva característica dentro del haz
por el que está definido el ventilador. Existen diferentes tipos de regulación de álabes de un
ventilador axial:
En líneas generales podemos distinguir:
 Regulación con ventilador en marcha
 Regulación a ventilador parado

40. VENTILACION DE MINAS
40 de 180
cubo
Engrasador
Suspension
del álabe
álabe
Eje de
acoplamiento
Disco
Tornillos de fijación
Alabe
Escala
Alabe
Cubo
La regulación con el ventilador en marcha es un sistema que se utiliza pocas veces
debido principalmente tanto a su coste de adquisición como al coste de mantenimiento.
Permite una regulación muy fina,
y se puede ajustar el caudal de
aire a las necesidades de cada
momento con el ventilador en
marcha. Esto se conseguiría con
variadores de frecuencia, pero si
tenemos un motor de media
tensión, para el cual, conseguir
un variador es actualmente tarea
imposible, esta sería la solución.
Con este sistema, los arranque se
realizan con el ángulo mínimo
de regulación, así minimizamos
el par de arranque, facilitando la
puesta en marcha del equipo.
Evidentemente, se necesita un
armario de control para su
manejo. Hoy día, con el uso de
los variadores de frecuencia está
más en desuso, pero si se
necesita una variación de caudal
en marcha y no se pueden utilizar estos debido a alguna limitación, este sistema es la mejor
solución.
La regulación a ventilador parado, principalmente es de dos tipos, individual o central:
En la regulación
individual de rodete,
esta operación se realiza
álabe a álabe. Se procede
a aflojar todos los
tornillos de fijación
hasta que permita
cambiar el ángulo de
posición de trabajo. Para
ello se tendrá como
referencia la escala de
ángulos de cada álabe.
Requiere un tiempo
importante para la
regulación debido al
gran número de tornillos
a manejar.

41. VENTILACION DE MINAS
41 de 180
La regulación central permite el ajuste de todos los álabes simultáneamente. Con la ayuda
de un llave de regulación y teniendo de referencia un álabe guía, que tiene escala de
ángulos, se regulan todos.
La ventaja de este sistema es principalmente la rapidez de regulación. Esta es importante si
hay que regular frecuentemente y no se dispone de mucho tiempo, debido a entre otras
cosas de dejar sin ventilación la mina.
Tiene, en cambio, la desventaja de la pérdida de precisión si no se hace el adecuado
mantenimiento, ya que se acumula suciedad y entorpece la transmisión de los engranajes
que lleva el sistema.
Tornillo de regulación
álabes
Escala de referencia
Escotilla de regulación

42. VENTILACION DE MINAS
42 de 180
6 MANTENIMIENTO DE LOS VENTILADORES
6.1 Introducción al mantenimiento
Los ventiladores, a pesar de la robustez y fiabilidad que les caracteriza, se someten
frecuentemente a grandes esfuerzos – también inesperados. Los ventiladores deben ser
revisados y mantenidos regularmente por personal especializado cualificado para evitar
daños y accidentes. Especialmente rodamientos defectuosos y vibraciones excesivas
pueden originar roturas y daños graves en consecuencia.
A pesar de los altos estándares en seguridad de los rodamientos y su, hasta cierto punto,
larguísima vida útil, falla todo rodamiento llegado un momento. Se debe supervisar la
instalación regularmente, en función de las condiciones de trabajo dadas, ya que daños
mínimos, p. ej. en las vías de rodadura, se agravan rápidamente. Rodamientos estropeados
pueden provocar roturas del eje y destrozo total.
Las vibraciones son un enemigo de toda máquina rotativa, ya que se pueden presentar
roturas por vibración difícilmente predecibles. La mejor protección consiste en minimizar
la energía de vibración. De fábrica viene el ventilador con una alta calidad en vibración. Se
pueden originar desequilibrios peligrosos debidos, entre otras razones, a agarrotamientos,
desgaste, rodamientos deteriorados y sobre-temperaturas. Conjuntamente con la revisión
de cojinetes se debe, por tanto, revisar el factor de vibración regularmente.
Previamente a los trabajos en el ventilador se tiene que quitar la conexión eléctrica. Se
debe evitar una puesta en marcha involuntaria señalando y bloqueando el dispositivo
eléctrico de conexiones. El rotor se tiene que retener con medios mecánicos.
La frecuencia del mantenimiento depende esencialmente del modo de funcionamiento, de
las condiciones ambientales y de la disponibilidad requerida. El usuario debe determinar la
misma conjuntamente con la concepción global del equipo, ateniéndose a las
especificaciones dadas por el fabricante del equipo. Se debe contar con piezas de repuesto
suficientes.
Todos los rodetes de los ventiladores vienen bien equilibrados de fábrica. Debido al polvo,
rozamientos o almacenajes se puede presentar un desequilibrado que origine una marcha
no suave o daños en los cojinetes.
Aunque el mantenimiento que necesita un motor en jaula de ardilla es mínimo, se debe
prestar una atención periódica a lo siguiente para, de esta forma, mantener un alto
rendimiento de operación.
 Muchos motores pequeños se escogen con rodamientos sellados y blindados
como estándar. Cuando los rodamientos deban ser engrasados, debe hacerse
de acuerdo con las instrucciones del fabricante y sustituidos siempre con los
componentes adecuados.
 Un buen alineamiento del eje del motor con la carga reduce las pérdidas en
funcionamiento, el desgaste de los rodamientos, ruido y vibración.

43. VENTILACION DE MINAS
43 de 180
 La limpieza del conjunto es importante para asegurar que el calor generado
dentro del motor se elimina con efectividad. Los ventiladores de admisión y
las superficies del armazón deberían mantenerse sin suciedad. También
asegurarse de que el aire que circula sobre el motor no encuentra
impedimentos, especialmente la parte cercana al ventilador. Un incremento
en la temperatura del bobinado del estator de 1o
C puede producir un
incremento de al menos el 0.5% sobre las pérdidas I2
R , además de acortar
la vida del aislamiento del motor.
6.2 Trabajos de mantenimiento
La frecuencia del mantenimiento depende esencialmente del modo de funcionamiento, de
las condiciones ambientales y de la disponibilidad requerida. El usuario debe determinar la
misma conjuntamente con la concepción global del equipo, ateniéndose a las
especificaciones dadas por el fabricante.
Todos los rotores de los ventiladores vienen esmeradamente equilibrados de fábrica.
Debido al polvo, rozamientos o almacenajes se puede presentar un desequilibrado que
origine una marcha no suave o daños en los cojinetes. Se debe velar, por consiguiente, por
un servicio libre de sacudidas.
El mantenimiento debe ser ejecutado por personal cualificado usando las herramientas y
equipamientos apropiados para tal fin. Se ha de establecer una lista de inspecciones de
mantenimiento y dichas acciones deben ser registradas en un archivo de históricos. Cuando
el medio es especialmente insalubre, es necesaria una reducción de los intervalos.
Las superficies internas y externas deben ser limpiadas con agua a baja presión y aditivos
no abrasivos. Se debe evitar cualquier aplicación directa de agua hacia el motor.
Se ha de verificar que todos los elementos de fijación estén bien asegurados. Aquellos
elementos que estén pintados o bien tengan dispositivos de bloqueo de seguridad como
arandelas Grower no necesitan ser verificados si mediante una inspección visual esta
parece satisfactoria. Cualquier elemento de bloqueo que se haya dañado durante el
mantenimiento ha de ser remplazado. A aquellos elementos que no estén pintados o tengan
elementos de bloqueo se les ha de aplicar el 95% del par de apriete recomendado en su día
durante el proceso de instalación. Si tiene alguna duda sobre el par de apriete necesario
para un elemento de fijación, se debe contactar con el servicio técnico apropiado.
Como ya se ha comentado, los rodamientos del motor han de ser engrasados en caso de
necesidad conforme a las especificaciones del fabricante, tanto para el tipo de grasa a
utilizar como para los periodos de engrase necesarios. Se debe evitar cualquier tipo de
suciedad tanto en el exterior de los engrasadores como en la pistola de aplicación de grasa.
Lo lógico es que se necesite una presión leve en el engrasador para introducir la grasa, en
caso contrario se ha de buscar el motivo de la obstrucción. Generalmente los engrasadores
se encuentran sobre la carcasa en el lado donde se encuentran las cajas de bornas.

44. VENTILACION DE MINAS
44 de 180
6.2.1 Control de vibraciones
Vibraciones elevadas son siempre un síntoma de peligro. El mejor modo de definir
las variaciones dadas en la suavidad de marcha es la medición de las vibraciones
mecánicas en los rodamientos. La manera más segura de definir estas variaciones es
comparando los valores medidos durante largos períodos de tiempo. Si los valores
varían notablemente se deben investigar las causas posibles, como por ejemplo
suciedad en el rotor. Dado el caso se debe realizar una limpieza y reequilibrado.
Salvo especificación contraria definida por el cliente, el nivel de vibraciones
máximo en funcionamiento in-situ vendrá definido por los valores especificados en
la norma AMCA Standard 204-05 Balance Quality and Vibration Levels for Fans.
En ella se clasifican los ventiladores y se especifican los niveles de vibración.
Tabla 4.1 -Fan application categories for balance and vibration
AMCA Standard 204-05 Balance Quality and Vibration Levels for Fans.
APPLICATION EXAMPLES
DRIVER POWER KW
(HP) LIMITS
FAN APPLICATION
CATEGORY, BV
 298 (400) BV-3INDUSTRIAL
PROCESS & POWER
GENERATION, ETC.
Baghouse, scrubber,
MINE, conveying,
boilers, combustion
air, pollution control,
wind tunnels
> 298 (400) BV-4
 75 (100) BV-3Subway emergency
ventilation, tunnel
fans, garage
ventilation > 75 (100) BV-4TRANSIT / TUNEL
Tunnel Jet fans ALL BV-4
Situación
Categoría del
Ventilador
Fijación rígida
(mm/s)
Fijación flexible
(mm/s)
BV-1 15.2 19.1
BV-2 12.7 19.1
BV-3 10.2 16.5
BV-4 6.4 10.2
Alarma
BV-5 5.7 7.6
BV-1 NOTA NOTA
BV-2 NOTA NOTA
BV-3 12.7 17.8
BV-4 10.2 15.2
Parada
BV-5 7.6 10.2
NOTA: Los valores de parada para ventiladores de categoría BV-1 y BV-2 deben
ser establecidos de acuerdo a registros históricos.

45. VENTILACION DE MINAS
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Como ejemplo, de un ventilador de mina de 400kW, que tiene una anclaje flexible,
silentblocks, obtendremos de la tablas anteriores ya que la potencia es mayor que
298 kW, (400>289), que el ventilador estará clasificado como BV-4.
Puesto que el apoyo es flexible, no rígido, los valores de alarma y parada serán
10.2mm/s y 15.2mm/s respectivamente.
No debemos olvidar que estos valores son los medidos en cada uno de los
rodamientos del motor. En ningún momento estas referencias son válidas para
mediciones en carcasas de ventilador.
6.2.2 Control de Rodamientos
Se debe realizar un control de cada uno de los rodamientos con regularidad. Para
evitar averías o paradas antes de tiempo, no deben penetrar suciedad, cuerpos
extraños ni humedad.
Durante el relubrificado, cambio del lubricante y cambio de los cojinetes se debe
obrar con una pulcritud concienzuda.
Resulta altamente beneficioso un sistema de control de estado de los cojinetes
mediante medición electrónica de impulsos de choque o de vibraciones (p. ej.,
método de medición SPM). La medición ha de hacerse directamente sobre los
rodamientos. Más del 90% de los fallos mecánicos se anuncian mediante un
aumento de la vibración o de los niveles de impulsos de choque. Con estos sistemas
obtendremos un aviso temprano en caso de lubricación pobre del rodamiento, inicio
del daño, o de rodamiento dañado, así como realizará un mantenimiento de alerta
en caso de un incremento significativo de la severidad de la vibración. Deberá
observar las indicaciones especiales del fabricante del aparato de medición. No sólo
los valores registrados en el momento son de relevancia, sino mayormente el
contrastado de los datos a lo largo de un período de tiempo más largo, pues ello es
el mejor recurso para reconocer variaciones en cojinetes. El método SPM conducirá
muy raramente a error. Particularmente en máquinas de especial importancia se
debe observar también la formación de ruidos y la temperatura. Valores en aumento
pronunciado son una señal de alarma a tomar en serio. Este sistema de trabajo es
realmente un sistema de mantenimiento predictivo.
Los plazos para lubrificado son válidos para cojinetes de máquinas con
emplazamiento fijo, para una carga normal y para grasas líticas resistentes al
envejecimiento, cuando la temperatura medida en el anillo exterior es menor a +
70°C. Para temperaturas de cojinetes mayores, el plazo para lubrificado es inferior.
Se debe en todo momento, tener en cuenta las recomendaciones de cada
suministrador en función del ambiente de trabajo. Asimismo no se puede
sobrepasar el valor máximo tolerable de trabajo de la grasa.
No se puede sobrepasar el valor máximo tolerable de trabajo de la grasa. Se ha de
engrasar tal y como indica el fabricante.

46. VENTILACION DE MINAS
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En lo subsiguiente dependerá la vida útil de los cojinetes de las condiciones de
funcionamiento y de las características del lugar de aplicación. Recomendamos un
control regular de los cojinetes. La frecuencia se corresponderá con la importancia
del equipo.
6.2.3 Inspección del rotor
Si es probable que el rotor del ventilador sufra desgaste debido a abrasión o
corrosión o contaminación, se debe realizar regularmente, por razones de seguridad,
una inspección, limpieza y reequilibrado; al menos una vez por año. Se recomienda
tener un segundo rotor destinado a los trabajos de reacondicionamiento alternados.
Después de cualquier desmontaje de álabes, del reemplazo del cubo, o de cualquier
acción sobre el rodete, es en parte necesario proceder a un reequilibrio de éste
según el grado de equilibrado especificado por ZITRON: (G 6.3 o G 2.5).
Una vez rodete reinstalado, una nueva medida de las vibraciones debe ser hecha. Si
las vibraciones siguen siendo altas, es necesario entrar en contacto con el servicio
después de la venta del fabricante.
6.2.4 Emplazamiento. Resistencias de Caldeo.
En determinadas condiciones
ambientales puede darse
condensación en la caja del motor.
Ello se puede evitar con una
calefacción para momentos de parada
o aplicando una tensión pequeña en el
arrollamiento del motor. Es lo que
denominamos resistencias de caldeo
o “space heaters”. Se trata de unas
resistencias que están dentro del
propio motor, que suelen estar
alimentadas por defecto a 220V, y
que generan una potencia que
dependerá del tamaño del motor.
En la foto de la placa que hay a la derecha, se observa que la para un intervalo de
voltaje de 220-240V tendremos una potencia generada por las resistencias de
caldeo de 65-94W. Podemos ver adicionalmente que nos indica que lleva dos
sondas PTC en el que la pre-alarma se producirá cuando el bobinado del motor
alcance 155ºC y que la alarma que producirá el paro del motor ocurrirá cuando la
temperatura sea de 180ºC.
Se deben abrir regularmente los orificios para purga de condensados del motor, y
además comprobar su apertura.

47. VENTILACION DE MINAS
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6.2.5 Conexión eléctrica
Es importarte revisión del apriete de los terminales en la caja de bornas, ya que con
el funcionamiento podrían aflojarse y hacer mal contacto, lo que podría producir un
arco eléctrico en ciertas condiciones. Importantísimo es la verificación del estado
de las tierras.
Es muy importante asegurarse de que el radio de curvatura de llegada de los cables
a la caja de bornas impide que penetre agua a través del prensaestopas. Adaptar el
prensaestopas y su posible reductor al diámetro de cable utilizado. Para conservar
en la caja de bornas del motor su protección IP 55 original, es indispensable
asegurar la estanqueidad del prensaestopas apretándolo correctamente (para
desatornillarlo es imprescindible una herramienta). En el caso de que haya varios
prensaestopas y de que no se utilicen algunos, asegurarse de que siguen estando
cerrados y reapretarlos para que asimismo sólo puedan soltarse empleando una
herramienta.
Hay que comprobar el estado de los cables en detalle en la caja de bornas. Evitar
que haya cables sueltos o pelados que puedan producir un cortocircuito.
A continuación se observa una placa característica de un motor donde se puede
observar datos que son de importancia en el mantenimiento del motor.
Por un lado para la frecuencia de red de nuestro suministro eléctrico, tendremos un
tipo de conexión adecuado, que ha de ser en estrella o en triángulo. Para cada
opción hemos de tener la tensión de trabajo adecuada, con lo que dos parámetros
claves, la tensión y la intensidad de corriente de trabajo. Se ha de comprobar que la
tensión está en unos valores que no difieran más de un 10% de la requerida y que la
intensidad de trabajo esté por debajo de la intensidad nominal.
Con la denominación DE y NDE nos referimos al rodamiento delantero, (DRIVE
END) y al rodamiento trasero, (NON DRIVE END), que en caso de este ejemplo
son rodamientos idénticos, tipo 6316 C3. Como podemos observar la información
que aporta, aparte del tipo de rodamiento, es la cantidad de grasa que hay que poner

48. VENTILACION DE MINAS
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en cada uno, (35g) y cada cuanto tiempo, (2900h), además del tipo de grasa, (ESSO
UNIREX N3).
En el caso de uso de convertidor de frecuencia, éste debe estar reglado de tal
modo que se eviten cargas innecesarias debidas a altas aceleraciones positivas o
negativas. Ello se cumple por lo general si el tiempo de aceleración para rotores con
un diámetro hasta 1000 mm dura al menos 30 segundos, para diámetros entre 1000
y 2000 mm 60 segundos y para diámetros mayores 120 segundos. En la puesta en
marcha se deben ajustar estos valores acorde evoluciones las condiciones de
funcionamiento.
La regulación debería reglarse lo más pausada posible, para evitar cargas
innecesarias durante el funcionamiento, con aceleraciones y frenados persistentes,
que podrían originar roturas por fatiga. Las aceleraciones ordenadas por el control
del proceso no deberían ser mayores que 0,45 rad/s², excepto al pasar por las
frecuencias características. Se tiene constancia de que se presentan roturas por
fatiga del material cuando se modifica repetidamente el número de revoluciones
con el convertidor de frecuencia.
Si durante la modificación del número de revoluciones se pasa habitualmente por
las frecuencias de resonancia (las cuales deben estar bloqueadas en el convertidor
de frecuencia), puede ser apropiado un período de vida aún menor.
Tras cortar el suministro de corriente al convertidor de frecuencia se debe esperar
un tiempo mínimo de 10 minutos antes de tocar los cables o componentes del
convertidor, ya que existe riesgo de graves lesiones debido a la energía acumulada
en los condensadores. Incluso las tarjetas de control pueden estar en el potencial del
circuito eléctrico principal. Medir siempre la tensión y conectar a tierra antes de
tocar los componentes.
Además deben tenerse en cuenta las indicaciones de seguridad específicas del
fabricante del convertidor de frecuencia antes del montaje y la puesta en
funcionamiento.
Como recomendaciones muy generales:
 El motor y el convertidor de frecuencia deben emplazarse lo más próximos
posibles el uno del otro para minimizar las interferencias electromagnéticas.
 Los cables deben estar revestidos y no pueden tener mayor longitud que la
prevista por el fabricante.
 Se deben conectar a tierra cables, regletas protectoras de cables, el
convertidor de frecuencia y el motor.
 Para minimizar las interferencias de radio puede hacerse necesario el uso de
filtros suplementarios.

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6.3 Revisiones de seguridad necesarias
Aparte de todas las indicaciones citadas para los equipos de ventilación, al tratarse este
equipamiento de máquinas que trabajan cerca de personas y vehículos y pueden ser
dañados con facilidad, las siguientes indicaciones han de ser tenidas en cuenta.
Se han de realizar como mínimo cada seis meses, si bien se recomienda realizar
inspecciones de seguridad más frecuentemente.
Estas inspecciones se producen para localizar si algún ventilador tiene daños o deficiencias
en su exterior, debiéndose cambiar inmediatamente todas las piezas dañadas.
Es necesario vigilar el umbral de vibración registrada en el ventilador en los puntos de
medición elegidos o bien a través de los sensores suministrados. La manera más fiable de
verificar estos niveles es a través de un registro histórico durante periodos largos de tiempo.
Si los valores han variado notablemente, se han de investigar las causas posibles de dicha
incidencia. En ese caso se procederá a su corrección mediante por ejemplo una limpieza o
un reequilibrado.
Valores de vibración elevados pueden originar la destrucción del ventilador, representando
un riesgo grave para las personas.
Cuando existan en el lugar de emplazamiento de los ventiladores, amenazas suplementarias
como altos índices de corrosión, contaminación elevada, ambientes agresivos, etc. se deben
llevar a cabo inspecciones de control y limpieza con intervalos reducidos.
6.3.1 Cada 2 meses
Verificar los arranques de los ventiladores. Hacerlo de uno en uno comprobando los
consumos eléctricos, que se mantengan en los límites normales. (Por debajo de la
Intensidad nominal) Hay que recordar que si los ventiladores llevan mucho tiempo
parados, el consumo eléctrico al inicio es un poco más alto, hasta que se estabiliza
en valores ligeramente inferiores.
6.3.2 Cada 6 meses
Verificar los arranques de los ventiladores. Hacerlo de uno en uno comprobando los
consumos eléctricos, que se mantengan en los límites normales. (Por debajo de la
Intensidad nominal) Hay que recordar que si los ventiladores llevan mucho tiempo
parados, el consumo eléctrico al inicio es un poco más alto, hasta que se estabiliza
en valores ligeramente inferiores.
Observar que no haya ningún ruido extraño de origen mecánico. La formación de
ruidos y el calentamiento permiten llegar a conclusiones acerca del funcionamiento
correcto. Los ruidos de marcha y detención progresiva se pueden comparar al
objeto con otros ventiladores.

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Adicionalmente, verificar el nivel de vibraciones, ya que estarán monitorizadas,
ver que no se han incrementado desde la última revisión. La manera más segura de
definir estas variaciones es comparando los valores medidos durante largos
períodos de tiempo. Si los valores varían notablemente se deben investigar las
causas posibles, como por ejemplo, suciedad en el rotor, dado el caso se debe
realizar una limpieza y reequilibrado o en su caso, deterioro de los rodamientos.
6.3.3 Cada 12 meses
Revisión minuciosa: daños y corrosión de aislamientos sonoros, rotor, carcasa
tubular, motor, cables, conexiones, suspensión y amortiguación de vibraciones. Se
deben subsanar los daños antes de que la gravedad de los mismos aumente,
particularmente los daños en la protección de superficie.
Revisión detallada de todas las partes portantes y uniones atornilladas de la
sustentación o de los apoyos. Todas las tuercas deben estar aseguradas contra el
aflojamiento y apretadas con el par de apriete correcto, especialmente la tuerca
indicada en el croquis. Se debe regenerar la protección de superficie que estuviera
dañada en las uniones atornilladas.
En resumen:
 Verificar el estado del rodete
 Verificar el consumo eléctrico
 Verificar apriete de los terminales de las cajas de bornas
 Verificar que el rodete no roza con la carcasa
 Verificar que no haya ruidos extraños
 Verificar que los atenuadores acústicos estén en buenas condiciones, sin agujero,
que no acumulen humedad.
 Verificar el nivel de vibraciones
 Verificar el estado de los anclajes, verificando los aprietes, que haya nada flojo.
 Verificar el estado de los muelles de los apoyos, que hagan su trabajo, que no estén
trabados.

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6.4 Puesta en funcionamiento
Se deben observar escrupulosamente las normas de seguridad para aparatos e instalaciones
eléctricas así como las de las compañías eléctricas.
Sólo personal cualificado y conocedor de los riesgos relacionados con equipamientos de
ventilación, y con las herramientas necesarias y adecuadas para realizar los trabajos,
debería operar con el ventilador. El personal será supervisado por el responsable de
seguridad de la instalación.
Se debe revisar que no haya cuerpos extraños en el ventilador y en los atenuadores de ruido
previamente a la puesta en funcionamiento del ventilador. Piezas que estén flojas o sueltas
pueden ser arrastradas por la corriente de aire y provocar lesiones. ¡Nunca debe haber
personas en el flujo de aire!
El sentido de giro correcto del ventilador será el que desde el lado de aspiración del
ventilador se vería girar el rodete en sentido antihorario o desde el lado de impulsión del
ventilador se vería girar el rodete en sentido horario. Mediante una breve conexión del
motor y observación de las partes rotativas se puede supervisar el sentido de giro. Si fuese
el incorrecto se deben cambiar los terminales de las conexiones eléctricas.
Se debe medir la toma de corriente y comparar con la intensidad nominal del motor.
¡No se puede conmutar del sentido de giro de un ventilador al opuesto sin pasar por el
estado de reposo, pues se pueden producir daños mecánicos debido al alto momento de
inercia!.
Sólo son tolerables 6 procesos de arranque por hora, con objeto de evitar un calentamiento
excesivo y una sobrecarga del acoplamiento. Entre dos arranques debe mediar una fase de
enfriamiento de al menos 5-10 minutos.
Antes de arrancar cualquier equipo o accesorio de ventilación:
 Retirar cualquier objeto extraño que pudiera haber en el interior de la carcasa del
ventilador.
 Verificar que tanto las protecciones mecánicas como eléctricas están instaladas y
funcionan correctamente.
 Si el ventilador está equipado con equipos de protección o medición externos
(termoresistores, sensores de vibración, etc) asegurarse de que están conectados y
funcionan correctamente.
Antes de comenzar ningún trabajo de mantenimiento asegurarse que el ventilador ha sido
desconectado de la red eléctrica y de que ninguna persona no autorizada pueda conectarlo
accidentalmente.
Las protecciones de seguridad sólo pueden desconectarse si el equipo de ventilación está
fuera de servicio. En ningún caso se permiten modificaciones y cambios que afecten a la
seguridad el equipo de ventilación.

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Para trabajos en el interior del ventilador, el rodete tiene que ser bloqueado mecánicamente
para impedir giros accidentales del mismo.
Sólo está permitido abrir escotillas o puertas de inspección si el ventilador está parado.
El usuario ha de tomar las medidas pertinentes y proveer los elementos apropiados para
impedir una llegada involuntaria de energía al ventilador y a las piezas accesorias,
particularmente durante los trabajos de montaje y mantenimiento. Para ello debe tomarse
en consideración, además de la eléctrica, otras fuentes de energía como la hidráulica,
neumática, energía potencial, tensión en muelles/resortes y corrientes/tiros de aire en el
sistema. El usuario debe proveer elementos de separación, desconexión, tomas a tierra y de
bloqueo, asegurándolas además visiblemente contra una reconexión involuntaria.
6.5 Transporte y manipulación
Para el transporte de los ventiladores se ha de tener en cuenta:
Evitar golpes de cualquier tipo durante el movimiento teniendo en cuenta donde está el
centro de gravedad del ventilador, no sujetándolo por un extremo. Se ha de evitar que en la
descarga del ventilador el ventilador no sea golpeado, haciendo llegar a suelo al ventilador
suavemente con un equipo adecuado, con esto evitaremos que se dañe el rodete, la carcasa
del ventilador y los rodamientos.
Para evitar daños debidos a una rotura una carga y descarga no cuidadosa todo este proceso
deberá hacerlo personal adecuado y capacitado para ello.
El sistema de carga y descarga del ventilador ha de ser dimensionado atendiendo a la carga
que ha de soportar, es decir habrá que tener en cuenta el peso del ventilador y sus
dimensiones.

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Si el equipo de ventilación está montado sobre un palé, se ha de utilizar una carretilla
elevadora para moverlo. No debe utilizarse el palé como un instrumento de elevación a no
ser que se indique lo contrario.
Para el transporte mediante grúas, enganchar únicamente el equipo en los puntos
adecuados indicados por el fabricante y mediante las argollas de transporte o cáncamos de
elevación previstos para tal fin. Se ha de tener en cuenta que el conjunto de ventilación
ventilador se debe levantar usando las argollas de transporte en el armazón de base y no
usando los enganches de componentes específicos como cajas de bornas o motor.
Durante el transporte, y también durante el almacenaje, se debe cuidar que no penetre agua
(por ejemplo de lluvia) en el motor, los cojinetes u otros componentes delicados. Durante
transportes cortos al descubierto, o durante almacenajes provisionales al aire libre, los
equipos de ventilación se deben disponer bajo un toldo, preferiblemente en posición
horizontal, para que no penetre agua al motor a lo largo del eje. Recomendamos sólo
transportes cubiertos y almacenajes en locales cerrados.
Los medios de manutención elegidos para la manipulación del ventilador deben ser acordes
al peso indicado para el equipo de ventilación.
Se ha de comprobar que la unión entre el ventilador y el medio de elevación sea segura,
teniendo en cuenta los centros de gravedad del conjunto, sin posicionar sobre el canto ni
volcar y no pasar ni permanecer en ningún caso bajo la carga.
Descargar y mover el ventilador cuidadosamente con el fin de evitar daños o
deformaciones en las carcasas, rodetes, silenciadores o cojinetes del motor eléctrico.
Si el ventilador va a ser almacenado, se ha de verificar inmediatamente en el momento de
la recepción si existe algún daño causado por el transporte o alguna anomalía respecto al
equipamiento que se había pedido originalmente e informar inmediatamente al fabricante.
El ventilador debe ser almacenado en una sala limpia, seca y libre de vibraciones. Si estas
condiciones no cumplen, deberían conectarse la resistencia de caldeo del motor eléctrico a

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la fuente de alimentación adecuada, con el fin de evitar problemas de condensación, y
además apoyar el equipo sobre una base antivibratoria para evitar daños en los rodamientos.
Se aconseja girar el rodete al menos una vez al mes con el fin de evitar que la grasa de los
rodamientos del motor se endurezca y dañe los rodamientos. El rodete no debe quedar en la
misma posición angular después del giro.
Si el ventilador es almacenado por un periodo de doce meses o superior, se aconseja que
antes de su puesta en marcha sea revisado por personal técnico de ZITRON.
6.6 Almacenaje y tiempos de parada / Mantenimiento
Se debe atender a que se asegure una protección contra polvo y humedad. Se deben evitar
cambios bruscos de temperatura. Si no se observa ello en justa medida pueden resultar
dañados, como consecuencia, motores eléctricos, cajas de cables, rodamientos, capas de
pintura y juntas. Sobre todo lo que nos ha de preocupar es el estado del motor, que no haya
humedad en los bobinados.
La grasa o el aceite pueden perder capacidad lubricante debido al tiempo de parada. Se
puede formar óxido en los cojinetes. Los rodamientos de bolas pueden quedar mellados.
Para evitar esto debería ponerse el ventilador en funcionamiento cada 1 a 2 meses por 10
minutos aprox., o al menos hacer girar el rotor.
Si el equipo de ventilación va a ser usado menos de una vez al mes, o por uso de
emergencia solamente, los procedimientos de mantenimiento siguientes deben ser
respetados y se ha de confeccionar el siguiente registro de mantenimiento:
 La resistencia de los devanados debe ser medida cada mes. Si la lectura es menor
de 10 megaohmios, el motor debe ser secado con un flujo de aire (normalmente
40ºC) y comprobado antes del funcionamiento del motor.
 El motor debe operar durante al menos dos horas al mes para asegurar el correcto
funcionamiento ante las condiciones de lubricación de los rodamientos.
 El sistema de emergencia debe ponerse en funcionamiento al menos durante quince
minutos al mes para asegurar la correcta función de todos los interruptores y
controles.
 Si se ha suministrado alguna resistencia de caldeo, comprobar cada mes que se
enciende dicha resistencia cuando el motor se apaga.
Los dos factores fundamentales a controlar son las vibraciones que puedan soportar el
ventilador parado ante ciertas condiciones y la humedad ambiental del aire en el lugar de
almacenamiento.
Cuando un ventilador está parado, y sus rodamientos no se mueven, se está soportando
vibraciones, los propios rodamientos se deterioran por el golpeteo de las bolas sobre las
pistas, es decir se forman huellas de presión debido a la carga estática. De esta manera, se
está machacando un mismo punto todo el tiempo, de manera que cuando se vaya a utilizar,
tendrá unos valores de vibración que podrían implicar el cambio de dichos rodamientos.

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Como actuación preventiva, como ya se ha dicho anteriormente, el ventilador debería
apoyarse sobre un suelo regular y nivelado, pero además entre el suelo y el apoyo del
ventilador intercalar una plancha de goma que atenúe la transmisión del las vibraciones.
Por otro lado, si el lugar de almacenamiento es exterior, se debería eliminar cualquier
obstrucción al paso del aire por el ventilador, ya que de esta manera, evitamos que se
machaquen las pistas de los rodamientos ya que los álabes del ventilador estarían
moviéndose de vez en cuando.
Si no fuese posible que pase aire por el ventilador, es necesario girar periódicamente (más
o menos una vez al mes), un poco los álabes para que el rodamiento gire, y las vibraciones
residuales que recibe no machaque siempre el mismo punto.
El otro parámetro importante a tener en cuenta es la humedad ambiental. Si esta es
importante, como es el caso, conviene que periódicamente se conecten las resistencias de
caldeo, que mantendrá algo más caliente el bobinado que el aire del lugar de
almacenamiento y evitamos problemas de condensación de agua. Esto es muy importante
cuando se producen en muy poco tiempo variaciones de temperatura ambiente o
variaciones del grado de humedad.
En la situación de que el lugar del almacenaje del ventilador, tuviese las características de
que una circulación del aire por ella no moviese periódicamente los álabes, (para evitar el
deterioro prematuro de los rodamientos), puesto que el rodete se ha de mover a mano
(mensualmente, más a menos), la mejor opción es cerrar las dos bocas del ventilador con
plástico, lo más hermético posible, e introducir alguna bolsa deshidratante.
En caso de que el ventilador vaya a instalarse, después de un periodo largo en almacenaje,
es conveniente que se mida la resistencia del aislamiento de cada fase con relación a tierra.
Si tiene valores bajos de resistencia, hay que “secar” el devanado.
6.7 Desmontaje y reinstalación de equipos de ventilación
En determinadas ocasiones, los equipos de ventilación grandes se deben dividir en
submódulos independientes, para posibilitar su instalación a través de apertura de montaje
o puertas, o bien para facilitar su transporte.
Estos trabajos deben ser llevados a cabo sólo por personal especializado con formación
técnica y profesional. Los medios para el montaje han de hallarse disponibles. Se deben
marcar todas las piezas que se correspondan recíprocamente antes de su desmontaje.
6.8 Instalación y montaje mecánico
Antes de instalar el equipo de ventilación, se debe comprobar que no ha sido dañado en el
transporte, que no hay ningún tipo de deformación en la carcasa ni en los silenciadores,
que el rodete gira sin oposición alguna, y que el ventilador y el motor cumple con los
requerimientos de uso.

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Se recuerda que el peso de los ventiladores puede variar entre 200 kg y 12000 kg,
dependiendo del ventilador y de la potencia de su motor estando equipado además con
silenciadores, difusores, etc. Este equipo ha de ser manipulado siempre utilizando los
puntos de elevación indicados en él, con ligeros movimientos y velocidad reducida para
evitar cualquier daño sobre el equipo.
El ventilador ha de ser colocado en la posición adecuada de acuerdo con la dirección del
aire requerida. En la carcasa del ventilador se encuentran unas flechas que indican esta
dirección.
Todos los componentes del equipo de ventilación (amortiguadores, silenciadores, difusores,
compensadores textiles, bridas, sustentaciones, cadenas de protección, etc.) deben ser
correctamente alineados antes de ser fijados con el fin de no añadir ninguna distorsión ni
tensión al conjunto.
Cuando se usen amortiguadores para evitar vibraciones, se deben disponer los mismos de
manera que se obtenga una carga uniforme (elongación del amortiguador uniforme); según
el caso, si es necesario, se colocarán bajo el amortiguador forros para alinear y ajustar su
alineación. El equipo de ventilación no debe ser arrastrado con los amortiguadores fijados
a su estructura, ya que esto dañaría la goma o los muelles. En ningún caso se deben utilizar
los amortiguadores para corregir posibles desalineaciones.
Los compensadores textiles se han de montar permitiendo que el ventilador tenga
suficiente libertad de movimiento, sobre todo durante el arranque y durante la parada . Por
otro lado no pueden desplazarse o comprimirse tanto como para que se formen pliegues
que dificulten el flujo de aire. En ningún caso se deben usar los compensadores textiles
para corregir posibles desalineaciones
Los anclajes del ventilador han de ser los apropiados para su peso y para los esfuerzos a los
que se ve sometido: sobre ellos se aplicará el par de apriete adecuado. Si se tiene alguna
duda sobre el par a aplicar a algún anclaje determinado, se debe consultar con el fabricante.
La realización de los trabajos se permite sólo a personal autorizado, bajo la consulta de las
normas de seguridad.

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VENTILACIÓN PRINCIPAL

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1 INTRODUCCIÓN
La ventilación de una mina consiste en un proceso de hacer pasar un flujo de aire
considerable para crear las condiciones necesarias para que los trabajadores se encuentren
en una atmósfera agradable. Este proceso se realiza mediante un circuito con el objetivo de
que en todas las áreas de trabajo se lleve a cabo de igual manera. Para esto es necesario que
la mina tenga dos puertas de acceso independiente, dos pozos, un pozo y un socavón y dos
socavones.
La ventilación secundaria se lleva a cabo en aquellos espacios donde solo hay un acceso
para ello se colocan tubos de ventilación cuya longitud debe de abarcar la puerta de entrada
hasta la puerta de la salida. La ventilación de una mina subterránea es muy importante para
preservar la vida de los trabajadores, hay que asegurar que debajo de la mina exista una
porción necesaria de oxigeno para la respiración de los trabajadores. También una causa
por la cual se necesita de mas ventilación de oxigeno dentro de la mina es que en muchas
ocasiones los minerales que se están explotando pueden ser tóxicos al igual que puede
resultar alguna emanación peligrosa por parte de las maquinas que se utilizan para explotar
el mineral. Además hay que considerar que mientras mas profunda es una mina la
temperatura tiende a aumentar por lo que es necesaria la climatización adecuada del
ambiente.
En todas las minas se produce polvo, y su inhalación puede causar diversas enfermedades
de los pulmones, como la silicosis o neumoconiosis en las minas de carbón, la asbestosis y
otras. Además, en las minas pueden aparecer gases tóxicos, como sulfuro de hidrógeno o
monóxido de carbono. En algunos casos se pueden presentar problemas de radiación por
las emanaciones de radón procedentes de la roca.
El objetivo del equipo responsable de la ventilación es analizar los parámetros del
comportamiento del circuito de ventilación principal y el reparto de caudales de aire en las
distintas labores de la mina, y con la utilización de los diferentes programas informáticos
de cálculo de redes, “modelizar” el circuito de manera que el “modelo” sea lo
suficientemente representativo de la evolución del aire dentro de las labores a ventilar.
De esta manera, se podrá utilizar el “modelo” que representa el circuito de ventilación
primaria, y se podrá “prever” comportamientos y tendencias de la ventilación principal
ante modificaciones futuras de dicho circuito real, como pueden ser el cierre o apertura de
puertas o esclusas de ventilación, la instalación de un nuevo ventilador o la supresión de
otro existente, la disminución de las fugas de caudal por las exclusas tras un
acondicionamiento de las mismas, el acondicionamiento de un retorno de ventilación, etc.
Para hacer un diagnóstico del sistema de ventilación, se ha de sustentar en una serie de
mediciones de los distintos parámetros que conforman la ventilación de la mina. Esto
permitirá conocer las condiciones presentes de ventilación, tanto principal como
secundaria, y de allí determinar las futuras posibles correcciones necesarias, basándose los
cálculos (teóricos) de éstas en los resultados obtenidos con las aplicaciones informáticas
adecuadas.

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1.1 La atmósfera de la mina
El aire es una mezcla de varios gases, cuya composición es aproximadamente:
Oxigeno (O2 ) 20,93% Nitrógeno (N2 ) 78,10% Argón (Ar) 0,9325%
Dióxido de carbono (CO2 ) 0,03% Hidrogeno (H2 ) 0,01% Neón (Ne) 0,0018%
Helio (He) 0,0005% Kriptón (Kr) 0,0001% Xenón (Xe) 0,000009%
Cuando el aire se introduce en la mina, sufre un deterioro y se necesitan técnicas para
hacer que el aire sea lo más parecido al del exterior. Para este deterioro del aire varias son
las razones entre las que se destacan:
Los gases más comunes en el interior son:
Dióxido de carbono (CO2) Monóxido de carbono (CO) Sulfuro de hidrogeno (SH2)
Dióxido de azufre (SO2) Hidrogeno (H2) Nitrosos (NO+NO2)
Grisú (CH4) También hay que considerar el
polvo en suspensión como otro
contaminante más.
Dióxido de carbono (CO2)
Es el resultado final de la combustión completa del carbono. Es un gas asfixiante, incoloro,
es soluble en el agua, tiene un sabor y un olor (en altas concentraciones) ligeramente ácido,
es incombustible y pesa más que el aire. Para su detección se usa la lámpara de seguridad,
detectores automáticos de lectura digital y tubos colorimétricos. Se forma en grandes
cantidades en los incendios de mina y en las explosiones de grisú y polvo de carbón. Se
tiende a acumular en los lugares bajos de las labores.
Monóxido de carbono (CO).
Es el resultado de la combustión incompleta del carbono. Es altamente toxico, incoloro,
inodoro, insípido y es combustible. Se detecta con detectores automáticos de lectura digital
y tubos colorimétricos. Suele aparecer por rozamientos, calentamientos, explosiones o
cualquier proceso en el que falte el oxigeno. Rara vez se presenta en solitario ya que suele
venir acompañado de otros gases.
Sulfuro de hidrogeno (SH2).
Se origina en la descomposición de piritas y sustancias que contengan azufre. Es un gas
muy toxico, provoca irritaciones en las mucosas de los ojos y conductos respiratorios,
inflamación del aparato respiratorio, edema pulmonar y parálisis respiratoria irreversible.
Es incoloro, tiene un sabor azucarado y un olor a huevos podridos, pesa más que el aire y
Oxidaciones y descomposición de
hierro, madera, carbón....
Emanaciones de grisú, anhídrido
carbónico, hidrogeno.
Gases procedentes de aguas
subterráneas.
Humos de explosivos y de
maquinas.
Respiración humana, y
antiguamente también animal.
Elevación del nivel de humedad.
Polvo en suspensión,
contaminación sólida.

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por encima de una concentración del 4 % es explosivo. Se detecta con detectores
automáticos de lectura digital y tubos colorimétricos.
Dióxido de azufre (SO2).
Se produce por la combustión de compuestos de azufre. Es toxico, puede producir edemas
pulmonares muy graves y quemaduras en ojos y piel. Es un gas incoloro con un olor
picante y a -10º C (10 bajo cero) es liquido. Detección por medio de tubos colorimétricos.
Es el causante de la llamada "lluvia ácida".
Hidrógeno (H2)
En la minería aparece en estado libre, también lo encontramos en la descomposición del
ácido sulfúrico en las salas de baterías. Si se apaga con agua el carbón incandescente
también se puede formar hidrogeno. Al reaccionar con el oxigeno es explosivo en algunas
ocasiones, siendo la concentración mas peligrosa la compuesta por 71 % de aire y 28 % de
hidrogeno, siendo en este caso mas inflamable que el grisú. Es también un gas asfixiante,
incoloro, inodoro, insípido y más ligero que el aire. Los toxímetros y los tubos
colorimétricos se usan para detectarlo.
Óxidos Nitrosos (NO+NO2).
Son gases que raramente se presentan separados NO+NO2. Son óxidos de nitrógeno que
son habituales en las voladuras. Son tóxicos y pueden llegar a producir la muerte por
edema pulmonar. Son de color pardo rojizo (en elevadas proporciones) y de olor acre. Los
tubos colorimétricos son los usados para detectarlos. Hay que poner especial cuidado en
disolverlos bien después de la pega.
Grisú (CH4).
Es una mezcla de metano y aire con algún gas más, pero el que determina sus
características es el metano. Dependiendo de los porcentajes se comporta de distinta
manera:
0-5 % el grisú arde 5-15 % es altamente explosivo >15 % es asfixiante
Es un gas incoloro, inodoro, insípido, altamente combustible ardiendo con llama azulada y
más ligero que el aire. La lámpara de gasolina (de seguridad) y los grisúmetros o
metanómetros son los usados para detectarlo. Es también conocido como gas de los
pantanos y tiende a acumularse en los lugares altos de las labores con poca ventilación. En
el tajo aparece de distintas maneras:
Con un desprendimiento lento al
liberarse entre el carbón y los
hastiales.
Desprendimiento ocasional audible
sin violencia en grietas o fallas.
Desprendimientos instantáneos y
violentos con proyección de
sólidos.
La temperatura aproximada de inflamación es de unos 600º C, y la explosión puede venir
provocada por fuego directo, choque entre metales, chispa eléctrica....

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Polvo en suspensión.
Tiene diversos orígenes en su generación:
Material transportado por vía o
cinta.
Corriente de ventilación demasiado
fuerte.
Carga de materiales en la
bocarrampa, frente de
preparación...
Perforación de roca. Arranque de carbón. Evacuación del carbón en los
talleres.
Rellenos.....
Aparte del peligro de enfermedades como la silicosis también existe el riesgo de explosión,
ya que este polvo arde con mucha facilidad y en caso de explosión el efecto se
multiplicaría ya que la explosión ocasionaría más polvo en suspensión.
1.2 Reglamentación y límites
1.2.1 Concentraciones límites de gases
En España, acorde a Reglamento General de Normas Básicas de Seguridad Minera, las
concentraciones volumétricas admisibles para los distintos gases peligrosos, a lo largo de
una jornada de ocho horas, son las siguientes:
 50 p.p.m. de monóxido de carbono (CO).
 5.000 p.p.m. de dióxido de carbono (CO2).
 10 p.p.m. de óxidos de nitrógeno (NO + NO2).
 10 p.p.m. de sulfuro de hidrógeno (SH2).
 5 p.p.m. de óxido de azufre (SO2).
 1.000 p.p.m. de hidrógeno (H2).
No obstante, durante períodos cortos y de acuerdo con la peligrosidad del gas, podrán
admitirse contenidos superiores sin que se sobrepasen nunca los siguientes:
 100 p.p.m. de dióxido de carbono (CO2).
 12.500 p.p.m. de óxidos de nitrógeno (NO + NO2).
 25 p.p.m. de sulfuro de hidrógeno (SH2).
 50 p.p.m. de óxido de azufre (SO2).
 10 p.p.m. de hidrógeno (H2).
 10.000 p.p.m. de hidrógeno (H2).
Las labores en que se alcancen concentraciones superiores a estos valores serán
desalojadas de modo inmediato, adoptándose por la Dirección Facultativa las medidas

62. VENTILACION DE MINAS
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destinadas a disminuir dichas concentraciones. En ninguna labor en actividad la proporción
de oxigeno será inferior al 19% en volumen.
1.2.2 Definición de índices de peligrosidad de los gases
Índice MAC
El índice más conocido es el llamado MAC (Máximum Allovable Concentration), o bien
MAK (Maximal Arbeizplace Concentration), que define las concentraciones de materias
tóxicas en el aire que no producen ninguna alteración a un trabajador que permanezca
durante 48h. a la semana y 8 horas al día en el ambiente de trabajo.
Índice TLV (Threshold Limit Value)
Tiene en cuenta el parámetro tiempo “t” en la forma de medición. Indica las
concentraciones de diversos gases tóxicos por debajo de las cuales el trabajador puede
actuar todos los días sin sufrir efecto alguno. Sé usa en EEUU y Canadá, siendo revisado
cada año por la American Conference of Governmental lndustrial Hygienists.
En él cabe distinguir otros tres:
 T.W.A, si se considera un trabajo de 40 horas semanales con jornada de 8 horas.
 T.L.V.-S.T.E.L., límite que no debe ser rebasado durante más de 15 minutos.
 T.L.V.C., que fija un valor techo que no debe ser sobrepasado en ningún
momento.
Índice de Haber
Considera el producto de la Concentración c por el tiempo de exposición t, estableciendo
un índice de isotoxicidad T, definido por
T = c x t
Se puede observar que entre el índice de Haber y el TWA se cumple:
C x t = T.W.A. x 8
Si la permanencia del trabajador en el lugar de los gases tóxicos no es continuada, se
cumplirá:
Ci x ti < T.W.A. x 8
con Ci < T.LV. – C
El concepto del índice T.L.V.- S.T.E.L. en los valores admisibles "durante periodos
cortos", y que corresponde, por ejemplo, al paso de un tapón de gases de una voladura.

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Índice AQI (Air Quality lndex)
Este índice valora en conjunto todas las materias tóxicas que pueden existir en el ambiente
y vale:
2
RCD
3
NO
2,1
2
RCD
3
SO
5,1
25
NO
50
CO
AQI 22







RCD = partículas respirables procedentes del combustible, en mg/m3
.
CO, NO, SO2 y NO2 en ppm.
Si los contenidos de SO2 y NO2 son nulos, los paréntesis son nulos también. El índice AQI
no es generalmente usado como criterio limitativo, sino como indicativo de la
contaminación general de la atmósfera.
En el cuadro AM-1, se resume el significativo de estos índices y en AM-2, algunos valores
significativos.
CUADRO AM-1
Tipo de índices Características
T.W.A. Límite máximo para un trabajo de 40h semanales con jornadas de 8 h.
STEL Límite para no ser rebasado durante más de 15 minutos.T.LV.
TLV-C Límite para no ser sobrepasado.
MAC Límite máximo para un trabajo de 48 h a la semana y 8 h diarias.
2
RCD
3
NO
2,1
2
RCD
3
SO
5,1
25
NO
50
CO
AQI 22







TLV ThreshoId Limit Value.
MAC Maximal Allowable Concentration.
AQI Air Ouality Index.
RCD Sólidos procedentes del combustible (mg/m
3
).
CUADRO AM-2
TLV-TWA
GAS
[ppm] [%]
OBSERVACIONES
O2 - 19
CO 50 50 P.e. en Canada tiene valores entre 20 y 35 ppm en función de la provincia.
CO2 5000 0.5
NO 25 0.0025
NO2 3 0.0003 Según MSHA, es 5 para minas no metálicas y 2 ppm para minas de carbón.
NOx 5 0.0005
SH2 10 0.0010
SO2 3 0.0003

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1.3 Objetivo de la ventilación
El objetivo de la ventilación es proporcionar una cantidad de aire suficientemente rica en
oxigeno para alimentar todas las formas de combustión.
Una mala ventilación puede ser debida a:
 La profundidad de la mina (alta temperatura), donde llega aire caliente y no se hace
confortable el ambiente de trabajo para el trabajador.
 Las malas condiciones del circuito de ventilación: Longitud, sección,
irregularidades, etc. que incrementan la resistencia de la mina y por tanto se
disminuye la cantidad de aire en las áreas de trabajo.
 La mala utilización de las puertas de ventilación o de los reguladores de caudal, no
consiguiendo una distribución apropiada del aire en el área de trabajo.
 La presencia de cantidades anormales de gases nocivos que impiden el trabajo.
 Humedad del aire, ya que un valor alto de la misma nos da una temperatura
equivalente que la hace menos soportable.
 No respetar los reglamentos y consignas establecidas haciendo llegar menor
cantidad de caudal de aire que lo que nos indica la legislación.
Para obtener una corriente de aire se precisan:
 Entrada de aire
 Salida de aire
 Diferencia de presión
La corriente de aire va hacia donde la presión es menor.
El circuito que seguirá esta corriente dependerá de la distribución de las resistencias
aerodinámicas acorde a las leyes de Kirchhoff. Si queremos cambiar esta distribución, no
tenemos más que alterar estas resistencias, (compuertas, reguladores, tabiques,…) y
modificar las presiones que generan los ventiladores.

65. VENTILACION DE MINAS
65 de 180
2 CONCEPTO DE RESISTENCIA AERODINÁMICA
Consideremos una labor minera, en la que no existen aportaciones ni escapes de aire.
Aceptemos la aproximación, válida normalmente en los problemas de ventilación de minas,
de que el peso específico del aire  no varía a lo largo de la labor:
El caudal de aire que recorre la labor está definido y es Q m3
/s.
Se define la carga X de la corriente de aire en una sección de la labor, por la expresión:
Z
g2
V
pX
2
  (Kg/m2
o mmca)
Se demuestra que X es una función potencial o función de punto.
La pérdida de carga entre los puntos, 1 y 2, será
















 2
2
2
21
2
1
121 Z
g2
V
pZ
g2
V
pXXX 
Se define la resistencia R de esta labor minera (galería, pozo, taller, etc.) por la expresión
)(
10
)( 2
3
2
murgues
Q
X
Rbienoskilomurgue
Q
X
R



 1
Si en lugar de Q consideramos este mismo caudal referido a condiciones de 15°C y 760
mmHg, para el cual o = 1,226, tendremos el llamado caudal normal Qo, a partir del cual se
define la resistencia normal como 2
o
o
Q
X
R


Es importante recordar que:
La resistencia de una labor minera sólo depende de sus características geométricas y del
peso, específico del aire.
Se define la resistencia específica (Rs) la que tendría una labor minera recorrida por aire de
peso específico o = 1,226 kg/m³. Se cumple que:
2
os
o2
s
o
o
s
o
os
2
oo
o
o
QRXyQRX;
R
R
;
R
R
;
R
R
;
Q
Q





















1
1 Kilomurgue (1K) = 1 Weis bach (Wb);
1 8
2
m
Ns
= 3
1081.9 
 donde
][
][
][ 38
2
s
mQ
PaP
m
Ns
R 

66. VENTILACION DE MINAS
66 de 180
2.1 Expresión general de la resistencia de una galería
La fórmula general de la resistencia de una galería es:
226,1si;
S
LP
74,12
S
LP
g8
10
R o33
3




 

3s
S
LP
6,15R



donde:
 g es la aceleración de la gravedad (9.81 m/s)
 λ es el coeficiente de frotamiento
 γ es la densidad del fluido (Kg/m3
), aproximadamente:
sT
P
462,0 (mmHg/ºK)
 P = perímetro de la galería (m).
 L = longitud de la galería (m).
 S = sección recta (m2
). Si la galería está sostenida por cuadros, S es la sección
interior del cuadro.
Si las características de la galería varían entre sus extremos, se la puede descomponer en
tramos Li y la resistencia total vale:
  






 
 3
i
iiii
i
S
LP
74,12RR

Coeficiente de forma
Se define el coeficiente de forma de una galería por la expresión:
S
P
282,0
S2
P



En función del cual la resistencia viene dada por: 5,2
S
L
45R  y
5,2s
S
L
55R 
Si la galería está ocupada con material y/o obstáculos, (tuberías, cintas transportadoras,
trenes, etc.) su resistencia aumenta. El nuevo valor se obtiene multiplicando la resistencia
de la galería vacía por un coeficiente de obstáculos E, con lo cual:
E
S
L
55R 5,2s  

67. VENTILACION DE MINAS
67 de 180
Algunos valores prácticos de  pueden obtenerse en las tablas que siguen más abajo.
2.2 Resistencia de galerías (Valores del coeficiente de frotamiento)
El coeficiente de frotamiento de una galería se obtiene por la expresión:
sp 3,07,0  
donde:
p = coeficiente de frotamiento de las paredes
s = coeficiente de frotamiento del suelo
ROCA DESNUDA p
Pared bien recortada 0,058
Pared media 0,084
Pared irregular 0,108
GALERÍAS BULONADAS p
Pared bien recortada 0,058
Pared media 0,084
Pared irregular 0,108
Pared con tela metálica 0,130
GALERÍAS REVESTIDAS p
Hormigón liso 0,022
Buen estado 0,025
Estado medio 0,030Albañilería
Irregular 0,040
Los valores de  que se exponen, corresponden a una galería de 10 m2
de sección. Para
valores distintos, el valor correspondiente puede obtenerse por la expresión:
 2
10
Slog25,075,0 



Ejemplo:
Para S = 15 m2
 15 = 0,9 10
Para S = 5 m2
 5 = 1,15 10

68. VENTILACION DE MINAS
68 de 180
NOTA:
La expresión completa es
2
10
10
E
S
log276,1
E
S
log276,1



















Para E = 0 (galería lisa)   = 10
Para E = 0,15 (galería con entibación) 
 2
10
Slog25,075,0 



Se define:
i = Profundidad de las irregularidades de la pared (cm)
d = Desfase entre cuadros consecutivos (cm), medido perpendicularmente al eje de la
galería.
Si las distintas tuvieran guarnecidos diferentes, el valor de p se obtendría por la expresión:
321
33p22p11p
p
lll
lll





2.3 Galerías con obstáculos
Consideremos una galería vacía de resistencia Rg.
Si en ella existen diversos materiales, tales como tuberías, transportadores, trenes, etc.
éstos introducen resistencias suplementarias R1, R2, Rn.
La resistencia total de la galería será:










g
n
2
1
gn1g
R
R
....
R
R
1RR....RRR  ngR   ....1 1 ERg 
Llamaremos coeficiente E coeficiente de obstáculos y al término 1 tasa de obstáculos.
A continuación veremos cómo se determina la resistencia introducida por los siguientes
obstáculos:
 Tuberías y canalizaciones.
 Puntales de refuerzo.
 Barreras de polvo y de agua
 Instalaciones o depósitos de materiales.
 Cintas transportadoras.
 Casos singulares.

69. VENTILACION DE MINAS
69 de 180
2.4 Resistencia adicional debida a las tuberías


















 P
P
1
SS
S
E
ERR
kk
3
k
k
kg


Donde S y P son la sección y el perímetro de la galería y Sk y Pk son la sección y el
perímetro de cada tubería.
Valores de k
k = 0,025 para las tuberías de ventilación secundaria.
k = puede alcanzar 0,055 para las tuberías con bridas muy sobresalientes y con
suspensiones frecuentes.
Si llamamos dk al diámetro de la tubería, la expresión anterior toma la siguiente forma para
el caso de galerías de tipo normal ( = 0,1,  = 1,15):
055,0si,
S
dk
4,0
S
dk
4,21E
025,0si,
S
dk
2,0
S
dk
4,21E
k
2
k
k
2
k


























 
 


El valor medio es:
  












S
dk
3,0
S
dk
4,21E
2
k
FORMULA SIMPLIFICADA
De forma simplificada puede tomarse:     kkkk d15,0d15,01E 
2.5 Resistencia de las cintas transportadoras
Este es un caso particular de obstáculo en una galería, en el cual el aire se filtra a través de
la estructura de la cinta de sección S.
Si llamamos Q al caudal de aire total que circula por la galería y Q’ al que lo hace por la
sección libre S' = S -s, se tiene:
Q = m · Q’

70. VENTILACION DE MINAS
70 de 180
Figura ilustrativa de las secciones.
La resistencia complementaria Rc debida a dos cintas existentes en una galería se obtiene
por la expresión:
g
3
2
2
1
1
c R
sS
S
mm
R 









Si sólo existiese una cinta m2 = 1; y 2 = 1.
El coeficiente de obstáculos es:
3
21
21
c
sS
S
mm
E 









Valores de m:
Cinta colocada sobre el suelo m = 1,08.
Cinta suspendida m = 1,16.
Valor de :
En su cálculo interviene el coeficiente de frotamiento c del aire contra la estructura del
transportador. Se tomará c = 0,21.
VALORES NORMALES DE Ec (S = 10 m2
cinta de 1,2 1,2))
Cintas en posición lateral 1,8
Cintas en posición lateral 2,2
Cintas en posición central 2,6
2.6 Resistencias locales
Estas resistencias, muy localizadas en puntos singulares tales como estrechamientos o
ensanchamientos bruscos, cambios de dirección pronunciados, etc. se deben a las pérdidas
de carga en la corriente de aire por torbellinos y turbulencias internas.
Normalmente, su valor es pequeño y no se tiene en cuenta para el cálculo si las secciones
de paso son grandes. Solamente es preciso tomarlas en consideración cuando se producen
en los conductos de entrada y sobre todo de retorno general de la corriente de aire, en los
cuales el valor de Q puede ser muy elevado y, en consecuencia, el de X = R Q2
.

71. VENTILACION DE MINAS
71 de 180
]/[ 3
mKg
]/[][10]/[][][ 32332
smQRsmQKRmmcaP  

][]/[][ 2
mmcaPsmgPaP 
2
3
3
3323 )(
8
10
10]/[][10][ Q
S
LP
g
gsmQRgPaP 

  

2
3
3
3323 }{
8
10
10]/[][10][ Q
S
LP
g
gsmQRgPaP 

  

2
3
8
1
][ Q
S
LP
PaP 



3 UNIDADES DE RESISTENCIA
Como ya se había comentado, la fórmula general de la resistencia de una galería es:
3
3
8
10
][
S
LP
g
R



 , donde:
R es la resistencia de la galería expresada en murgues []
g es la aceleración de la gravedad (9.81 m/s)
λ es el coeficiente de frotamiento (Adimensional)
γ es la densidad del aire (Kg/m3
), cambiamos a la notación
P = perímetro de la galería (m).
L = longitud de la galería (m).
S = sección recta (m2
).
Si
Además,
Entonces:
Por tanto:
Por otro lado, la ecuación de de Chezy Darzy:
2
][
2
u
S
P
LfPaP   , donde
f: factor de fricción (acorde al diagrama de Moody)
L: longitud de conducto
u: velocidad del fluido
y ya que Atkinson, agrupa el factor de fricción y la densidad mediante la relación:
2


f
K de tal manera que da paso a un coeficiente k que se denomina Factor de
fricción de Atkinson.
Esto implica un cambio en la expresión de la presión que dando:
2
3
2
][ Q
S
P
Lku
S
P
LkPaP  Ecuación de Atkinson.

72. VENTILACION DE MINAS
72 de 180
2
3
8
1
][ Q
S
LP
PaP 



2
3
2
3
2
2
][ Q
S
P
L
f
Q
S
P
Lku
S
P
LkPaP 



2
3
2
3
28
1
][ Q
S
P
L
f
Q
S
LP
PaP 





82


f
4

f
2


f
K


k

8
 2
10 14.1)/(log24
12




ed
K
f

 2
10 14.1)/(log2
12
4




ed
K
f


ykf ,
Por lo tanto, podemos observar en primer lugar que hay una relación directa entre el
coeficiente de Atkinson y el factor de fricción.
2


f
K
Por tanto, igualando las dos expresiones
Tenemos que:
De aquí se concluye que:
o lo que es lo mismo, que
y puesto que:
finalmente:
Por otro lado podemos relacionar este coeficiente f con la rugosidad relativa e/D de las
paredes del conducto mediante la expresión de Von Kármán, donde e es la altura media de
de las irregularidades y D es el diámetro hidráulico del conducto o galería, expresados
tanto e como D en las mismas unidades.
Ecuación de Von Kármán
O lo que es lo mismo,
donde se puede ver la relación entre y su dependencia con la densidad.

73. VENTILACION DE MINAS
73 de 180
2


f
K
34
2
24
2
m
kg
m
s
s
m
kg
m
sN








8
2
m
sN 
]/[][][ 32
smQkRmmcaP  
]/[][][ 32
8
2
smQ
m
sN
RPaP 


]/[][10][ 323
smQRmmcaP  

][]/[][ 2
mmcaPsmgPaP 
]/[][]/[][10]/[][ 32
8
2
3232
smQ
m
sN
RsmQRsmgPaP 

 

][1081.9][10]/[][ 332
8
2
 RRsmg
m
sN
R 
 
Actualmente se tiende a utilizar los coeficientes de Atkinson y factor de fricción f, frente al
coeficiente de fricción , ya que estos primeros coeficientes son los que se incorporan en la
mayoría de los programas de cálculo de redes de ventilación.
Realmente son comparables  y f, ya que estos son adimensionales. El factor k de Atkinson,
tiene unidades de densidad:
Las unidades de k las podremos encontrar en dos formas indistintas, en kg/m³ y en Ns2
/m4
Por otro lado, tanto  , f y k son factores o coeficientes de fricción, no unidades de
resistencia. A este nivel serán comparables unidades de resistencia murgue,  y la unidad
En la mayoría de Europa y de la antigua URSS, se utilizaba como unidad de resistencia
aerodinámica minera el murgue [] o kilomurgue [k]. Para un caudal de 1 m³/s y 1 mmca
de presión, tendremos una resistencia de valor 1, entonces como unidad de resistencia se
define: la resistencia que opone al paso del aire una labor por la cual 1 m³/s de aire circula
con una depresión de 1 mmca.
El caudal siempre lo consideramos en unidades de [m³/s], entonces, en función de cómo se
considere las unidades de Presión tendremos:
En caso de considerar la presión en mm de columna de agua (mmca), la resistencia tendrá
unidades de kilomurgue [k], por tanto, para tener la resistencia en unidades de murgue[]:
Puesto que relacionamos las unidades de presión Pa y mmca mediante g=9.81[m/s2
]
Con lo que concluimos que
o lo que es lo mismo:

74. VENTILACION DE MINAS
74 de 180
3.1 Orificio Equivalente
Por orificio equivalente de una mina se entiende la apertura ω en una pared delgada por la
cual, bajo la influencia de la diferencia d presiones en ambos lados de la pared, igual a la
depresión de la mina, pasa una cantidad de aire a la que pasa por la mina. El orificio
equivalente caracteriza claramente las minas respecto al grado de dificultad de su
ventilación.
.
][
1000
38.0
][
1
38.0][ 2


RkR
m  .
Como ejemplo, en un circuito de ventilación donde tenemos el punto de funcionamiento de
un ventilador siguiente:
P=1000 Pa = 101.94 mmca
Q=50 m3
/s
R = 40.775 murge [  ];
con  =1.88 [m2
]
Este valor se utiliza frecuentemente como referencia de la evolución de la resistencia de la
mina. Dicha resistencia cambia a medida que las minas evolucionan en sus desarrollos y
labores, por lo que se incrementa la resistencia y disminuye por tanto el orificio
equivalente. Esto implica que para el mismo requerimiento de aire, la presión que se va a
necesitar será superior con efectos negativos para el sistema:
 Se va a necesitar más potencia en los ventiladores para conseguir el caudal
requerido.
 Podría hacer inservible el ventilador al no tener las características apropiadas
 Al trabajar a más presión en la mina, el nivel de fugas de aire incrementa
importantemente, lo que redunda en mayor cantidad de movilizado por el
ventilador, y por tanto, mayor consumo energético.
 Las puertas, exclusas y tabiques han de estar en muy buenas condiciones sobre todo
en la proximidad de los ventiladores.
En la mayoría de las minas de carbón subterráneas clásicas de Europa, los valores de
orificio equivalente se encuentran comprendidos entre 1.8 m² y 2.8 m². Minería metálica,
con amplias secciones de galerías, tendrán mayor orificio equivalente, y éste será aún
mayor cuanto mas “ramas en paralelo” tenga la explotación.

75. VENTILACION DE MINAS
75 de 180
4 PLANIFICACIÓN DE LA VENTILACIÓN
Siempre que se ha de planificar la ventilación de la mina hay que pensar en que consiste la
misma, es decir ver que lugares existen, que procesos se llevan a cabo en ellos, que tipo de
singularidades se tendrán allí, etc. Por tanto, será conveniente hacer un listado de variables
que se van a estudiar para poder tener una visión de conjunto:
 Fuentes de calor natural y artificial en la mina.
 Equipos en uso y para usar.
 Emisiones de los gases productos de combustión (Diesel).
 Exposición de sustancias dañinas.
 Tiempos de permanencia de los contaminantes.
 Control del fuego.
 Complejidad del circuito y costes de desarrollo.
 Flexibilidad del control del circuito.
 Sistemas de ventilación auxiliar.
 Velocidad en pozos y accesos de transporte.
 Requerimientos legislativos.
 Nivel de comodidad.
Las fuentes de calor incrementarán la temperatura del aire, por lo que habrá que distinguir
las que se encuentren en el propio frente de trabajo y las que se encuentran a lo largo de la
mina. Las máquinas de trabajan, los transformadores eléctricos, iluminación, etc. son
fuentes artificiales de calor, pero la temperatura de la roca es una fuente natural.
Evidentemente, los frentes de trabajo, donde tendremos roca “virgen” y donde tendremos
gran parte de la maquinaria, (tanto con motores de combustión interna como eléctricos),
serán zonas donde se genere calor, y en concreto, donde se concentrará personal expuesto a
temperaturas importantes si no se dimensiona adecuadamente la ventilación.
En los que se refiere a las posibilidades de reducción de calor, la mayor influencia de las
condiciones climáticas de las minas horizontales es la de la temperatura de la roca y las
fuentes de calor locales, como pueden ser:
 Pozo de extracción y equipos de transporte, especialmente los autopropulsados por
máquinas de combustión interna, así como también turbinas, ventiladores, bombas
y las instalaciones de alumbrado entre otras.
 Mineral ya extraído y transportado a lo largo de las galerías.
 Calor latente de la humedad que se evapora durante el trabajo.
Debido al intercambio de calor entre la roca y el aire que circula por la mina, será
favorable mantener la sección d e menor área posible de contacto entre aire y la roca.
Una máquina Diesel utiliza aproximadamente 0.254 Kg de combustible por hora de trabajo
y por KW de potencia y el valor calorífico del combustible Diesel es 45.6 MJ/Kg ó 34 MJ/l.
Esto significa que por 1 KW de potencia Diesel se utiliza 3.21 KW.

76. VENTILACION DE MINAS
76 de 180
Esta energía en forma de calor y de productos de reacción, incluido vapor de agua, se
transfiere al ambiente, pero además la energía eficaz pasa a calor durante los procesos de
fricción. Por tanto, la máquina de combustión emite al ambiente alrededor de 3 veces más
calor que una máquina de motor eléctrico con la misma potencia efectiva.
Uno de los problemas es la relación entre la corriente de aire y la capacidad de
refrigeración necesaria.
Lo normal es asumir que la temperatura del aire en las zonas más marginales de trabajo, no
exceda del valor estimado como aceptable. Si esto no se consiguiese, se podría aumentar el
“poder refrigerante”, aumentando la cantidad de aire fresco en circulación. Además,
conviene reducir la superficie de contacto entre la infraestructura de explotación y el aire,
para que la cesión de calor sea menor, por lo que, además de por otras causas, interesa
llevar a cabo una buena campaña de reducción de fugas, evidentemente dentro de los
límites racionales.
Además de la temperatura, tenemos gases y polvo que se generan durante las labores de
trabajo, que en función del tiempo de exposición hemos de garantizar unos caudales de aire
acorde a recomendaciones o en su caso a los requerimientos legislativo que afectan a cada
tipo de mina y país.
Los caudales de aire necesarios han de ser acordes a los accesos galerías, labores de trabajo
y retornos de ventilación, de manera que en cada caso las velocidades de paso de aire estén
dentro de los límites también establecidos como adecuados, por un lado por criterios de
seguridad para evitar daños al personal y por otro lado económicos, ya que velocidades
altas implican presiones importantes, lo que redunda en un consumo eléctrico alto.
Por otro lado, la organización de galerías, pozos, entradas y salidas de aire, etc., se ha de
hacer de tal manera, que ante la necesidad de cambio de necesidades de ventilación en cada
parte de la mina debido por ejemplo a una situación de emergencia (fuego, concentración
de gases tóxicos,…) o por necesidades puntuales de concentración de producción (y por
tanto por necesidades mayores de aire), se pueda hacer la gestión mediante un cambio de
resistencias (puertas, reguladores, tabiques, etc..), evidentemente, todo esto soportado con
un software adecuado para tener unas estimación más reales.
Una cosa es el caudal total necesario para ventilar una mina y otra cosa es hacer su reparto,
llevando el aire necesario a cada punto de trabajo. El próximo paso es trabajar con los
“diseñadores” planificadores y asignar un caudal de aire considerando el calor, emisión de
gas, legislación... de cada zona de trabajo, evaluando lo que se va a encontrar en ella. Es
decir necesidad de aire solo por presencia de personal, como puede ser el caso de
comedores, oficinas subterráneas, áreas de espera, etc., o por el contrario las necesidades
por producción de polvo, gases y temperatura.
En el caso de los fondos de saco hay que tener en cuanta que se necesita un caudal de aire
en el frente de trabajo, debido a las fugas de las tuberías, se va a tener una caudal superior
en el ventilador auxiliar. Además, para evitar que ingrese de nuevo en el fondo de saco aire
recirculado, se dimensiona generalmente el caudal mínimo por la galería principal un 30%
más de caudal.

77. VENTILACION DE MINAS
77 de 180
4.1 Áreas de estudio
 Fijar áreas de producción:
 Equipamiento en uso en cada área
 Dimensiones y esquema de acceso y rutas de transporte
 Áreas de desarrollo (preparación) fijadas
 Equipos en uso en cada área
 Dimensión y esquema de acceso y rutas de transporte
 Ventilación secundaria
 Rutas de transporte (camiones/ cintas)
 Equipo en uso en cada área
 Dimensión y esquema de acceso y rutas
 Trituradoras y Molinos (Primarios)
 Quebrantadoras, trituradoras
 Estaciones de carga
 Izamiento o extracción del mineral al exterior
 Zonas de almacenamiento:
 Explosivos
 Gasoil
 Consumibles en general
 Comedores y Áreas de espera
Finalmente, una revisión razonable de los circuitos de ventilación y de los ventiladores
existentes, con el fin de analizar los puntos sensibles de cada parte
4.2 Ventiladores
 Caudal
 Presión total
 Potencia requerida
 Capacidad de repuestos “in situ”
 Condición mecánica
 Coste de mantenimiento (preventivo y avería)
 Repuestos disponibles
Esto nos permitirá una mejor gestión que nos permitirá planificar teniendo en cuenta los
recursos de los que disponemos, previendo con antelación las necesidades. La presión,

78. VENTILACION DE MINAS
78 de 180
caudal y potencia de cada equipo, junto con los accesorios nos define cada máquina, el
resto de parámetros nos indicará la “disponibilidad” en el tiempo de cada equipo en cada
labor, ya que un mal mantenimiento y falta de repuestos, implicara que ante una avería
esa labor dejará de estar ventilada, con todos los problemas que traerá consigo.
4.3 Circuito de aire
 Aire utilizado efectivamente
 Aire no utilizado efectivamente
 Control sobre las infraestructura de ventilación
 Ventiladores propulsores (Booster fan) (condiciones y situación)
 Áreas de problemas
El análisis de la ventilación es un trabajo que se debe realizar continuamente, el control de
fugas, tanto en la ventilación secundaria como en la ventilación principal, implicarán un
ahorro energético y de equipos importantes, además con las mediciones de distribución de
aire y control depresiomérico del sistema, permitirán dimensionar y tomar decisiones con
gran acierto.
 Entrada y Salida de Aire
 Dimensiones físicas
 Equipamiento en el pozo
 Caudal de aire en cada sección
 Pérdidas de carga entre secciones
4.4 Cantidad de aire necesario
Conviene cuestionarse la cantidad de aire necesario para la ventilación de la mina en cada
momento, ya que generalmente, se toma como referencia la cantidad de KW Diesel de la
máquinas presentes en los trabajos en la explotación, con los consiguiente coeficientes de
simultaneidad, de manera que multiplicado por la cantidad de aire específico según la
legislación, nos da el caudal necesario que ha de movilizar el ventilador. Esto tiene un
problema, ya que a pesar de que los coeficientes de utilización de las máquinas diesel
cambian en función de la organización, planificación, y sobre todo de la evolución de la
mina, siempre se consideran estos coeficientes constantes en los libros de ventilación, por
lo que debería incidir en este tema, ya que a pesar de que se superen los 0.05 m3
/s/CV
Diesel, puede ser que la ventilación pueda ser demasiado justa.
Según la experiencia de otras minas se recomienda empezar a cuantificar las necesidades
de caudal en los propios puntos de trabajo, en los fondos de saco.

79. VENTILACION DE MINAS
79 de 180
En base en la recomendaciones de la Norma Suiza, SIA 196 (1998), para la dilución de los
gases de las máquinas diesel en una labor subterránea, en la que se hace distinción de si las
máquinas están o no catalizadas, se clasifica:
 Para máquinas No Catalizadas:
o 6 m³/min por KW de potencia Diesel para máquinas grandes de excavación
y carga. Esto corresponde a un ratio 0.075 m³/s/CV.
o 3 m³/min por KW de potencia Diesel para máquinas de transporte de
mineral y de hormigón. Esto corresponde a un ratio 0.037 m³/s/CV.
 Para máquinas Catalizadas:
o 4 m³/min por KW de potencia Diesel para máquinas grandes de excavación
y carga. Esto corresponde a un ratio 0.0497 m³/s/CV.
o 2 m³/min por KW de potencia Diesel para máquinas de transporte de
mineral y de hormigón. Esto corresponde a un ratio 0.025 m³/s/CV.
De una manera simplista, se suele agrupar todas las máquinas catalizadas, con un
coeficiente 0.03 m³/s/CV y para las no catalizadas 0.05 m³/s/CV, pero esto debe hacerse en
fases iniciales de proyectos. Sin entrar en detalle en fase de planificación y proyectos de
una labor, se puede utilizar 0.05 m³/s/CV como ratio de referencia.
Evidentemente, cada país tiene sus reglas, sus normas, que son las que se deben
cumplir, ya que el objetivo principal de determinar el caudal necesario es que en cada
parte de la mina en la trabaje personal, este tenga unas condiciones de trabajo
adecuadas y que estén dentro de los límites de exposición.
Según la experiencia, se estima entre un 10% y un 25% el caudal de fugas de aire limpio
que pasa directamente al retorno, sin entrar en contacto con el equipamiento Diesel. De
aquí concluimos que si sumamos el caudal necesario de todos los fondos de saco, más el
que es necesario para labores en corriente de ventilación principal, y le sumamos el 25% de
las fugas, entonces obtendremos aproximadamente el caudal necesario que nos tiene que
movilizar el ventilador principal.
4.5 Velocidades de aire
4.1.1 Velocidades mínimas
Las velocidades de aire es un parámetro importante a tener en cuanta paralelamente
a la necesidad de caudal debido a la dilución de gases. Por lo general, en la minería
se recomiendan unas velocidades mínimas a cumplir, pero variará en función del
tipo de mina. En minería de carbón se establece una velocidad de 0.2 m/s en
galerías en fondo de saco y 0,3 m/s si es en niveles en carbón con avance con
minador. Si una labor está recorrida por la corriente de ventilación principal se
establece como velocidad mínima 0.5 m/s.

80. VENTILACION DE MINAS
80 de 180
En minas en que se utilizan máquinas diesel, se establecen velocidades mínimas
comprendidas entre 0.5 y 1 m/s en función de cada país o recomendaciones
particulares de cada mina.
4.1.2 Velocidades máximas
Se limitan, por motivos diversos, las velocidades de aire dentro de una mina, los
principales motivos pueden ser por seguridad hacia el personal que circula dentro
de la mina y por la generación de polvo, como por ejemplo, utilizar velocidades no
superiores a 5m/s en caso de rampas de entrada para no introducir polvo a la mina.
Por otro lado, se pueden establecer criterios económicos que hacen a nivel de
proyecto, pensar el las dimensiones de las galerías y de los pozos de ventilación, de
manera que las pérdidas de carga no se disparen y que provoque un incremento de
consumo de energía evitable con un buen diseño. Además, para un buen
mantenimiento de los pozo de ventilación, se recomienda no exceder de velocidad
superior a 22 m/s, ya que la superficie del conducto, sufrirá una erosión muy
importante, con los consiguientes efectos negativos como pueden ser el aumentos
del coeficiente de fricción, el arrastre de material que provoca daños en los
ventiladores extractores y elementos que pueda encontrarse a su paso, etc.
Área Entrada/retorno
de ventilación
Velocidad
óptima
Velocidad
Máxima
Pozo de ventilación Entrada/retorno 18 m/s 22 m/s
Pozos de transporte personal y material Entrada 10 m/s 15 m/s
Áreas de Trabajo - - 4 m/s
Acceso por plano inclinado (decline) Entrada 5 m/s 8m/s
Galerías personal y transporte material 4 m/s 6m/s
Galerías con cinta transportadora 1-3 m/s 5 m/s
Galerías de retorno de ventilación Retorno 8 m/s 12 m/s
Con presencia de agua en pozos de ventilación, se debe evitar velocidades entre 7 y 12 m/s,
ya que el agua tapona el pozo (se produce una especie de nebulización) que bloquea el
paso del aire, este efecto es conocido como “Blanket effect”.

81. VENTILACION DE MINAS
81 de 180
5 CAMPAÑA DE MEDICIONES. ANALISIS
5.1 El control de la ventilación en las minas
Una de las principales responsabilidades del Director de una mina es el control de la
ventilación. No sólo tiene que cuidar de que el aire circule en todo momento por las
galerías y por las explotaciones en cantidades suficientes para procurar la seguridad, salud
y bienestar del personal; sino que deberá procurar también que los costes de ventilación
sean tan bajos como sea posible. Para que esto se lleve a cabo eficientemente y de manera
fácil, deberán cumplirse tres requisitos esenciales:
 La corriente de ventilación tiene que ser medida con exactitud.
 El sistema de ventilación y sus dispositivos deberán ser eficientes y seguros.
 Será preciso establecer un sistema para registrar las medidas de la ventilación,
diseñado de manera tal que proporcione toda la información que se necesita para
ejercitar un control estrecho del sistema de ventilación en la mina.
En muchas minas, el sistema de ventilación se ha desarrollado en cierta manera al azar; por
consiguiente, es posible que puedan hacerse frecuentemente mejoras importantes en la
ventilación sin grandes desembolsos, mediante una reorganización de las galerías de
ventilación; pero ninguna reorganización del sistema de ventilación, excepto si es de
pequeña importancia deberá ser llevada a cabo a menos que haya sido determinado
previamente su efecto exacto sobre la distribución del aire. Esto exige frecuentemente una
inspección sobre la presión de la zona o de la mina y ciertos conocimientos especiales.
Todo Director que piense que el sistema de ventilación de su mina pueda ser
ventajosamente reorganizado, deberá pedir ayuda al Ingeniero de Ventilación en su zona,
el cual deberá estar disponible para llevar a efecto las investigaciones necesarias y hacer
los cálculos precisos que conduzcan a la mejora de la ventilación.
5.2 Las mediciones de la ventilación
En todas las minas deberían hacerse regularmente mediciones de la corriente de aire, de la
presión del aire, del contenido de polvo, y de la temperatura y humedad del aire de
ventilación. Estas mediciones tendrán poco valor a menos que sean hechas con cierta
exactitud. La medición de la corriente de aire es una de las de mayor importancia entre las
que tienen que ser hechas, pero frecuentemente es la que se hace con menor exactitud. Las
mediciones de la corriente de aire son hechas casi siempre por medio de un anemómetro de
paletas. Se puede decir que un anemómetro de paletas en buenas condiciones y apropiado
podrá medir velocidades de aire hasta con menos de un 3% de error. Muchas de las
mediciones de aire corrientes hechas en la mina no se aproximan a este grado de exactitud,
siendo las principales razones:
 El empleo de anemómetros mal calibrados o que han perdido su calibración.
 Manipulación inadecuada del instrumento.

82. VENTILACION DE MINAS
82 de 180
 Inexactitud en el cómputo del tiempo de las mediciones.
 Medición inexacta de la superficie transversal de la galería de ventilación.
5.3 Los Ingenieros de ventilación de las zonas
Aún cuando el Director es el responsable de la seguridad y de la eficiencia de la
ventilación en su mina, puede serle de mucha ayuda un buen Ingeniero de Ventilación de la
zona. El Ingeniero de Ventilación de la zona debiera ayudar al Director en la siguiente
forma:
 Cuidando que las mediciones necesarias de la ventilación sean tomadas con
exactitud en el momento oportuno y en lugares convenientes.
 Cuidando que los instrumentos empleados se encuentren siempre en perfecto estado
de conservación.
 Avisando al Director sobre cualquier punto de trabajo o zona donde la ventilación
es continuamente insatisfactoria, y haciendo las correspondientes recomendaciones
sobre la mejor manera de mejorarla.
 Advirtiendo al Director sobre cualquier tendencia que sea indicio de posibles
dificultades futuras en la ventilación y aconsejándole sobre lo que convenga hacer
para evitarlas.
 Mediante la colaboración con el departamento de planificación, para asegurar que
los frentes futuros y las secciones sean desarrollados de tal manera que puedan ser
adecuada y eficientemente ventilados. Con frecuencia, la falta de un planteamiento
conveniente de la ventilación ha dado como resultado el desarrollo de frentes con
insuficiente aire disponible, o el que nuevas galerías de aire fuesen hechas y que
resultaran demasiado pequeñas para los servicios a que se las destinan o que
estuviesen situadas sin tener en cuenta los futuros desarrollos a largo plazo.
 Estudiando el sistema de ventilación de la mina para ver si puede ser mejorado
mediante una reorganización o reparación general; tomando también las medidas
necesarias, haciendo inspecciones y cálculos de manera que pueda aconsejar al
Director sobre el efecto preciso de cualquier alteración propuesta.
 Dar su consejo de experto sobre problemas especiales de la ventilación, tales como
el control de la ventilación en caso de incendio o la reapertura de secciones
abandonadas.
 Para que el Ingeniero de Ventilación de la zona pueda ayudar al Director de la mina
de las diferentes maneras que acaban de ser enumeradas, deberá coger una amplia y
general experiencia minera y también haber recibido una capacitación especializada
que le permita poseer buenos conocimientos técnicos de la materia de ventilación.
Por tanto debiera, para su correcto desempeño, ser una persona con dedicación

83. VENTILACION DE MINAS
83 de 180
exclusiva, que pueda formarse en esta materia de forma continuada y capaz de
gestionar los recursos a su alcance para poder llevar a cabo el mantenimiento y la
planificación del sistema de ventilación. Además, sería conveniente, cierta
formación en programas específicos de cálculo de redes, para así poder cuantificar
y predecir tendencias de la ventilación ante cambios futuros en la mina.
5.4 Servicio de ventilación en las minas
La obligación básica del personal de ventilación consiste en suministrar a las minas un
caudal de aire conforme con las exigencias de la producción y los reglamentos de
seguridad.
Las tareas del servicio de ventilación son:
 Control sistemático del estado de la ventilación y abastecimiento de todos los
frentes de trabajo con cantidad necesaria de aire.
 Preparación y conservación al día de planos, esquemas y proyectos de ventilación.
 Mantenimiento de un registro de ventilación.
 Cumplimiento de regímenes respecto al polvo en el aire de mina.
 Construcción de las instalaciones de ventilación (puertas, tabiques...), y su control
y reparación.
 Vigilancia de los ventiladores y turbinas.
 Lucha sistemática contra las pérdidas de aire.
 Abastecimiento de la mina con materiales y maquinas de ventilación.
El servicio de ventilación suele estar encabezado por el encargado de la ventilación
“Ingeniero o ingeniero técnico de minas”, de manera que junto con una brigada a su cargo,
pueda llevar a cabo las labores de mantenimiento de la ventilación, como puede ser la
disminución de las fugas de caudal, revisiones de las instalaciones de ventilación
secundaria, etc.
5.5 Medición de caudal de aire
El cálculo de los caudales de ventilación en las galerías se realiza a partir de las mediciones
de velocidad del aire y de la sección de la galería Q = v * S
Medición de la velocidad del aire
Pueden realizarse:
 Mediante anemómetros
 Mediante sondas de medida de la presión dinámica Pd, obteniéndose V
indirectamente a través de la expresión:

gP
V d 2
 con [Pd] en mmca o

2
 dP
V con Pd en [Pa]

84. VENTILACION DE MINAS
84 de 180
Los anemómetros se utilizan para rangos de valores bajos, normalmente entre 0 y 8 m/s, e
incluso en algunos aparatos hasta 20 m/s, con lo que son de uso casi exclusivo en galerías,
pozos y talleres. Los de rango más alto (10 a 20 m/s), se utilizan también en tuberías de
ventilación secundaria. Las sondas de medida (tubos de Pitot y antenas de Prandtl), sólo
pueden emplearse con velocidades elevadas como se deduce del siguiente cuadro (para ρ =
1,2 kg/m3
).
V (m/s) 1 5 8 10 15 20 30
Pd (mm.c.a.) 0.06 1.53 3.91 6.12 13.76 24.46 55.05
Pd (Pa) 0.6 15 38.4 60 135 240 540
En este cuadro, se ve que para que la precisión sea suficiente, ha de ser V > 10 m/s.
Se emplean, sobre todo en la proximidad e interior de los ventiladores principales y en
algunas ocasiones en los conductos de ventilación secundaria.
Los Anemómetros difieren
según el tipo de captador
utilizado y por la
transformación realizada de la
señal de medida. Los tipos
más conocidos son:
 Molinete
 Termistancia, o hilo
caliente.
 Vórtice o Vortex
Anemómetros
con molinete
Anemómetro de
Termistancia
Anemómetro de
Vórtice

85. VENTILACION DE MINAS
85 de 180
22
22
V
p
V
pp eed  






][
][2
]/[
3
PaP
m
kg
smV
d


][
][2
][]/[
3
23
PaP
m
kg
mSsmQ
d


5.6 Sondas de medida. Tubo de Pitot
Con las dos tomas de presión conectadas a un manómetro mediré la presión dinámica. De
aquí puedo calcular la velocidad de paso del aire por la tubería.
Medida de la velocidad del aire con tubo de Pitot
Puesto que conoceremos el área del conducto, S[m²] , y la presión dinámica la medimos
directamente en el manómetro, conociendo la densidad del aire que pasa por el conducto,
la velocidad de paso es:
Por lo que el caudal que circula por el conducto es:
Las dos sondas (presión estática y presión total), se agrupan con frecuencia con una sola,
tal como se observa en las figuras. La medida realizada con una sonda, es un valor puntual.
Tubo de Pitot y manómetro

86. VENTILACION DE MINAS
86 de 180
Método de barrido
Consiste en circular el aparato a lo largo de
la sección, efectuando un barrido lo más
amplio y completo posible. Requiere que el
anemómetro acumule los valores y dé una
medida integrada.
Una variante de este método es lo que
actualmente se está empleando en la mina,
pero realmente no se están haciendo las
cosas correctamente debido a que los puntos
escogidos para la toma de muestras están
mayoritariamente en zonas de baja velocidad, cosa que no se pondera en la fórmula de
cálculo de velocidad media. Por otra parte, el citado anemómetro actualmente en uso no es
integrador.
Para tener en cuenta la diferente velocidad que presenta la corriente de aire entre el centro
de la galería y la periferia de la misma, se puede tomar como una buena aproximación a la
velocidad media real el siguiente método.
Método Polar
Se basa en el conocimiento del perfil de velocidades en una galería. Requiere utilizar
anemómetros de lectura “instantánea”.
La velocidad media se obtiene por la expresión:
Vm = 0.083×V4 + 0.313×V3 + 0.286×V2 + 0.282×V1,
en forma simplificada:
Vm = 0.07×V4 + 0.3× (V3 + V2 + V1)
V2V3V4 V1
V4
V3
V2
V1
V2
V3
V1
Vm
L
L/10
L/4
L/2

87. VENTILACION DE MINAS
87 de 180
donde:
V4 = Velocidad media en el centro de la galería.
V3 = Velocidad media a una distancia del centro de la galería de aproximadamente 1/10 del
ancho de la misma.
V2 = Velocidad media a una distancia del centro de la galería de 1/4 del ancho de la galería.
V1 = Velocidad media a una distancia del centro de la galería de 1/2 del ancho de la misma.
El problema que se tiene con este método es que se requiere un número elevado de puntos,
por lo que generalmente se puede utilizar, sin apenas error la fórmula:
, que será mejor aceptada por los tomadores de velocidad de aire.
Donde los Vi corresponden a valores de velocidad de las periferia y Vp al valor central de
velocidad.
5.7 Medida de la superficie de los cortes transversales a las galerías
En labores, como es el caso de galerías o planos inclinados, sostenidas con arcos o cuadros,
la sección será la interior de los mismos.
Conviene disponer de estaciones de medidas fijas para efectuar los aforos, en las que se
haya medido con cuidado la sección. La medida de la sección, es un problema geométrico.
Si tiene una forma sencilla la medida es rápida y precisa.
2
4
p
i
m
V
V
V



Vp Vi
Vp
Vi
Vi
Vm
L
Vi
Vi
Vi
L/6
L/6

88. VENTILACION DE MINAS
88 de 180
Sección de geometría trapezoidal. Sección con cuadro metálico
H
2
BB
S 21


 HBS  83,0
La fórmula para el cálculo de la sección con cuadro metálico aproximadamente es
S=K×B×H. Se pueden tener diferentes perfiles, por lo que el valor K=0.83 cambiará. A
continuación se muestran otros valores de K en función de la geometría aproximada de los
perfiles de los cuadros metálicos.
Valores de K para diferentes tipos de sección
Medición de velocidad de aire y secciones de conducto
B2
B1
H
B
H

89. VENTILACION DE MINAS
89 de 180
Tanto en este caso, como en el de la galería de sección irregular, puede utilizarse el
fotoperfil, con planimetrado de la sección fotografiada.
Medida de la sección con el método Fotoperfil.
Este método se aconseja sólo para secciones complejas y para el establecimiento de
secciones fijas. En otros casos la medida debe ser encomendada a topógrafos.
Otro método que se puede utilizar es el perfilómetro, para calcular aquellas secciones que
no se corresponden con ninguna otra y que por tanto no conocemos el factor K de
corrección.
Esquema de funcionamiento de un perfilómetro.
El principio de funcionamiento consiste en colocar el perfilómetro sobre un trípode de
manera que quede horizontal en el cuadro que queremos medir, el aparato efectuará un giro
parando cada xº (cuantos más puntos de medida mayor precisión) para enviar a la pared o
cuadro un rayo láser, midiendo así la distancia al cuadro. A partir de estos puntos se
obtiene el perfil de la zona de medida.
En el caso de que existan instalaciones que dificultan el paso de aire, como por ejemplo
cintas transportadoras, debe descontarse una determinada sección de la galería, a
especificar en cada caso concreto.

90. VENTILACION DE MINAS
90 de 180
 hbSS galeríaútil 
Galerías con cinta transportadora que dificulta el paso de aire
5.8 Elección de los puntos de aforo
Este es un tema muy delicado, pues se trata de elegir una serie de puntos que dejen
completamente definido el esquema de ventilación. Es necesario que los puntos sean los
suficientes en número, pero también que estén bien situados a nivel local, ya que en la
medida de lo posible, se elegirán tramos rectos, alejados de puertas de ventilación y de las
bifurcaciones. Se elegirán también de manera que se puedan cuantificar el caudal de fugas
para poder actuar sobre ellas de forma eficaz.
Es conveniente adoptar, en cada mina, un método definido y utilizar siempre el mismo, y
lo que es mejor aún, realizado por la misma persona. Tan importantes como los valores
absolutos de los caudales de aire, son en ocasiones las variaciones relativas.
Los operadores deben estar instruidos. Pueden utilizarse dos formas de medición: “frente al
medidor” y medición “en la sección”.
Formas de medición con anemómetro.
En la medición “frente al medidor”, el operador se coloca en la labor con la cara hacia la
corriente y teniendo el anemómetro frente a sí con la mano tendida, moviéndolo
regularmente por la sección. Este método se recomienda para labores con altura de hasta 2
metros y se introduce un coeficiente c = 1,14 que tiene en cuenta la obstrucción del
operador en galería.
b
h
b
h

91. VENTILACION DE MINAS
91 de 180
Si la labor tiene más de 2 metros de altura, se utiliza la medición “en la sección”. En ella el
técnico se coloca con la espalda hacia la pared de la labor y desplaza regularmente el
anemómetro con la mano tendida por toda la sección, como en el caso anterior. En este
caso, la corrección es:
S
4,0S
c


Siendo S la sección transversal de la labor en m2
.
El recorrido del anemómetro, debe iniciarse y pararse cuando esté cerca de la pared. Si la
sección es importante, conviene montar el anemómetro sobre una pértiga.
El caudal de aire que pasa por la sección es:
CVSQ med 

92. VENTILACION DE MINAS
92 de 180
6 CALCULO DE REDES
El objeto del cálculo de la red de ventilación es determinar el reparto del caudal total de
aire que entra en la mina, entre sus distintas labores: pozos, galerías, talleres, para
comprobar después que dichos caudales igualan o superan a los necesarios para que el
trabajo en esas labores sea posible en las condiciones reglamentarias.
Se supone, en lo que sigue, que son conocidos los caudales de aire necesarios para toda la
mina y para sus diferentes labores El cálculo del reparto del aire puede realizarse según
diversos métodos, en función de la mayor o menor complejidad de la mina en estudio.
6.1 Descripción de los métodos de cálculo
Se exponen diversos métodos de cálculo aplicables, como ya se dijo, según la complejidad
de la mina, y, que van desde los de resolución manual a otros en los que se requiere el
empleo del ordenador.
Caso de minas sencillas, con una sola entrada y una sola salida. Cálculo manual
Son datos del problema:
El caudal de aire total necesario en la mina.
Los caudales necesarios en las labores más importantes, tales como talleres de arranque,
circuitos recorridos por máquinas de combustión interna y otros. Estos caudales parciales
son necesarios para comprobar que una vez efectuado el reparto los valores calculados
superan a los mínimos reglamentarios (Test de Coherencia).
Plano de la red de ventilación, con indicación, (cuando ya estén definidas) de las puertas y
los ventiladores.
Resistencias aerodinámicas de las diferentes labores, tales como:
 Galerías
 Pozos
 Talleres
 Puertas de ventilación
Para efectuar el cálculo de estas resistencias es preciso dar datos exclusivamente
geométricos, tales como sección, perímetro, longitud y tipo de revestimiento.
En algunos casos, se requiere como dato el caudal que se desea circule por una
determinada labor. En este caso la incógnita será su resistencia, o de otra forma, la sección
abierta del “registro” que hay que dejar en una puerta de regulación.

93. VENTILACION DE MINAS
93 de 180
Ejemplo de circuito de ventilación de una mina con una entrada y una salida
6.2 Preparación de los datos
Esquema de la red
Conviene preparar un esquema simplificado, tal como el de la siguiente figura:
Circuito correspondiente a la mina de la figura anterior
6.3 Cálculo de las resistencias
El valor de la resistencia de una labor, en murgues, viene dado por la expresión:
3
3
3
6,1510
42 S
LP
S
LP
g
R






 

 (1)
Donde:
R es la resistencia en el sistema internacional (Kg m-3
s2
) o en murgues.
 es el coeficiente que depende del tipo de revestimiento. Puede obtenerse con gran
exactitud de las tablas del Anexo 1.
S es la sección recta de la galería, en m2
P es el perímetro de la sección recta (completo, es decir, incluyendo la base si se
trata de una galería).
L es la longitud de la labor o de la galería, en m
 es la densidad, en Kg/m3
.

94. VENTILACION DE MINAS
94 de 180
Ejemplo
En el caso, de la mina de la figura, y supuesto que los valores de las resistencias se han
determinado y valen, en murgues:
R1 = 50 R2 = 9,06  R3 = 1,24 R4 = 36 R5 = 10 R6 = 6 R7 = 2 R8 = 16 R9 =
24 R10 = 25 R11 = 49 R12 = 3,175 R13 = 8,195 R14 = 23,376.
Resistencia
murgues
R100
/m
Longitud
L(m)
Perímetro
P(m)
Sección
S(m2)
Coeficientede
frotamiento
Sostenimiento(inclusodibujo
delasecciónrecta)
Labor
Resistencias
agrupadas
HastaDesde
CálculodelasResistenciasEspecíficas
Ramalnº
Cálculo de las resistencias específicas
  321 RRRR

95. VENTILACION DE MINAS
95 de 180
COMPOSICIÓN DE RESISTENCIAS ESQUEMA RESULTANTE
Valor
Resistencias de
partida o
resultante
Valor resistencia
con la que se
calcula
Forma de
composición
Resultado
R5 = 10
Ra = 16
Rb = 5,76
Rc = 9
Rd = 2,94
R6 = 6
R4 = 36
R3 = 1,24, R7 = 2
R8 = 16
R2 = 9,06, R9 = 24
Serie
Paralelo
Serie
Paralelo
Serie
Ra = 16
Rb = 5,76
Rc = 9
Rd = 2,94
RA = 36
RA = 36
R10 = 25
R11 = 49
Tri =ángulo-
estrella
R15 = 4,685
R16 = 5,825
R17 = 7,805
R12 = 3,175
R13 = 8,195
RB = 9
R16 = 5,825
R17 = 7,805
RC = 16
Serie
Serie
Paralelo
RB = 9
Rc = 16
RD = 2,94
RD = 2,94
R1 = 50
R17 = 7,805
R14 = 23,375
Serie Re = 81
Composición de resistencias y esquemas resultantes
Después de realizar las composiciones se obtiene un valor de la resistencia equivalente de
toda la mina de:
23
3
s
m
Pa1081murgues81






 
eR
y el orificio equivalente:
2
e m335,11000R38,0W 
6.4 Elección del ventilador
Conocidos Re, o bien w. se puede calcular la presión total que ha de suministrar el
ventilador principal para que circule por la mina el caudal deseado Q. Este valor viene
dado por las expresiones:
2e
Q
1000
R
X 
HX 

96. VENTILACION DE MINAS
96 de 180
donde:
 X representa la pérdida de carga que experimenta el flujo de aire al circular por la
mina2
. (mm. c. a.; Kg/m2
).
 H es la sobrepresión que tiene que suministrar el ventilador al flujo que lo atraviesa.
(mm. c. a.; Kg/m2
).
Expresiones que nos dan la Presión Total.
En nuestro ejemplo, si
Q = 12 m3/s  H = 11, 664 mm.c.a.
La ecuación 2e
Q
1000
R
X  (en unidades del Sistema Internacional), conocida como
curva característica de la mina, puede representarse gráficamente por una parábola o por
una recta si se utilizan coordenadas logarítmicas, como se ve en las figuras siguientes.
El ventilador instalado en el circuito, deberá suministrar un caudal igual o superior a Q.
Para ello su curva deberá superar el punto (Q, H), tal como se ve en las figuras.
2
Recordar que, considerando al aire en la mina como un fluido incomprensible, es decir, con Y = cte, se
puede definir la carga X como X = p +  V2
/2g + Z, donde p = presión estática, es decir, presión a la que
está sometida un objeto que se mueve con la corriente de aire;  V2
/2g = presión dinámica, y Z presión por
altitud. En tal caso:
X = (p1 +  V2
1/2g + Z) - (p2 +  V2
2/2g + Z2)
Además, al ser el aire un fluido viscoso, se cumple que siendo Tf el trabajo de las fuerzas de frotamiento. Se
demuestra que: 2
3
o
f Q
S
PL
6,15dT




 .

97. VENTILACION DE MINAS
97 de 180
6.5 Cálculo del reparto de caudales
El cálculo anterior, debe ser completado con el del reparto de caudales entre los distintos
ramales. Para ello se utilizarán las siguientes ecuaciones:
 Tramos en serie
Q = Q1 = Q2 =··········Qn;
Además X = Re Q2
= (R1 + R2 + ······+Rn)Q2
 Tramos en paralelo
2
e
2
nn
2
22
2
11 QRQRQRQRX 
De donde Q
R
R
Q
i
e
i 
 Tramos en diagonal
En este caso, la forma de proceder es algo más compleja. Partiendo de la estrella
equivalente, hay que calcular la carga en sus nudos, es decir, la carga en:
X1-2 , X2-3 , X3-1 y X0
Cálculo del reparto de caudales para tramos en diagonal
Lo cual puede hacerse partiendo del esquema transformado. A continuación se obtienen Q1,
Q2 y Q3 por las expresiones:
100010001000
3
1323
3
2
3212
2
1
2131
1 





 
R
XX
Q
R
XX
Q
R
XX
Q

98. VENTILACION DE MINAS
98 de 180
En el ejemplo de nuestro caso, se tiene:
Tramo Resistencia (murgues) Caudal (m3
/s)
Pérdida de carga
(RQ2
)
Presión en los nudos
(mmca)
1 R1 12 7,2
Anterior
Posterior
Atmósfera=00
7,2
14 R14 = 23,376 12 2,88
Anterior
Posterior
-8,298
-11,664
15 R15 = 4,685 12 0,674
Anterior
Posterior
-7,2
-7,875
16+12 = 9 6,856 0,423
Anterior
Posterior
-7,875
-8,298
17+13 = 16 5,142 0,423
Anterior
Posterior
-7,875
-8,298
12 R12 = 3,175 6,856 0,149
Anterior
Posterior
-8,149
-8,298
13 R13 = 8,195 5,142 0,217
Anterior
Posterior
-8,081
-8,298
16 R16 = 5,825 6,856 0,274
Anterior
Posterior
-7,875
-8,149
17 R17 = 7,805 5,142 0,206
Anterior
Posterior
-7,875
-8,081
10 R10 = 25 6,161 0,949
Anterior
Posterior
-7,2
-8,149
11 R11 = 49 - 1,178 0,068
Anterior
Posterior
-8,149
-8,081
2, 3, 4, 5, 6, 7,
8, 9
Re = 36 4,947 0,881
Anterior
Posterior
-7,2
-8,081
2 R2 = 9,06 4,947 0,222
Anterior
Posterior
-7,2
-7,422
9 R9 = 24 4,947 0,587
Anterior
Posterior
-7,422
-8,081
8 R8 = 24 2,121 0,072
Anterior
Posterior
-7,422
-7,494
3 R3 = 1,24 2,826 0,0099
Anterior
Posterior
-7,422
-7,432
7 R7 = 2 2,826 0,0160
Anterior
Posterior
-7,478
-7,494
4 R4 = 36 1,130 0,046
Anterior
Posterior
-7,432
-7,478
5 R5 = 10 1,696 0,029
Anterior
Posterior
-7,432
-7,461
6 R6 = 6 1,696 0,017
Anterior
Posterior
-7,461
-7,478
6.6 Evaluación de los resultados
La etapa final en el cálculo de la red es la verificación de que el reparto de caudales es el
deseado. Si todas las labores quedan bien ventiladas el problema puede darse por resuelto.
Si alguna labor resulta infraventilada, es preciso modificar algunas resistencias y rehacer el
cálculo. Rehacer una resistencia significará, en la realidad, ensanchar una galería, colocar
una puerta, o, en general, realizar una labor minera que sea lo más sencilla posible.
Caso particular de una mina sencilla, pero con varias entradas y una sola salida en la que
se sitúa el ventilador

99. VENTILACION DE MINAS
99 de 180
Se incluye también en este caso el de una mina con una sola entrada, en la que se sitúa un
ventilador soplante y varias salidas. En este caso, puede suponerse que todas las entradas
(o salidas), están unidas a un único nudo, la atmósfera, del que se derivan en paralelo, las
distintas entradas E1, E2, E3, que se sitúan al mismo potencial.
Caso de una mina con una sola entrada.
En consecuencia, el problema se reduce al anterior.
Nota: El problema sería diferente en el caso de que se considerará la fuerza aeromotriz
natural, o ventilación natural. En tal caso, las cargas en E1, E2 y E3 serían distintas.
6.7 Algunas consideraciones prácticas
 Primera:
En el esquema siguiente, se representa la evolución de la pérdida de carga a lo largo de la
red correspondiente a una mina tipo:
El reparto es el siguiente:
 Pérdida de carga en el retorno general: 60%.
 Pérdida de carga en la entrada principal: 25%.
 Pérdida de carga en las explotaciones: 15%.

100. VENTILACION DE MINAS
100 de 180
De aquí se deduce que no debe entrarse en excesivo detalle en el cálculo de las resistencias
de las explotaciones: galería sobre capa, talleres, etc., pues el peso de su resistencia
equivalente es reducido.
Puesto de X = R·Q2
, se calculará R con tanto más detalle cuando mayor se prevea que va
a ser Q. Este es el caso, por ejemplo, del retorno general.
 Segunda:
En las minas que dispongan de dos o más plantas de entrada de aire, son frecuentes los
esquemas en diagonal, o si se quiere en triángulo, tal como se ve en la siguiente figura.
El cálculo manual en este caso se complica en exceso, por lo que es preferible o realizar
simplificaciones o, mejor aún, recurrir al cálculo en el ordenador.
Caso de minas más complejas, con varias entradas y salidas, y sobre todo con varios
ventiladores
En este caso se incluye cualquier problema de reparto del aire, en minas:
 Con una o varias entradas.
 Con una o varias salidas.
 Con uno o varios ventiladores, en el interior, en el exterior o en ambos
emplazamientos.
En tal caso el problema ha de resolverse recurriendo a la teoría de las redes de mallas.

101. VENTILACION DE MINAS
101 de 180
6.8 Datos del problema
Conocido el esquema de red, esta tiene p ramales n nudos (¡ojo! Considerar siempre la
atmósfera como un nudo, pues la red tiene que cerrarse sobre sí misma).
Se demuestra que en ella existirán:
m = p - n + 1 mallas independientes
se conocen como datos:
 La resistencia de los p ramales (Eventualmente, la resistencia de p' ramales y
los caudales impuestos en los p-p' restantes).
 Para cada ventilador:
- Bien el caudal Qv' que lo ha de atravesar.
- Bien la presión Hv’ que ha de suministrar.
- Incluso en algunos casos, Qv y Hv.
- Bien la curva del ventilador Hv = f (Qv).
Para expresar matemáticamente esta curva se suelen dar varios puntos (mínimo 3), que se
interpolan mediante una poligonal.
La red de la figura tiene:
n = 11 nudos.
p = 20 ramales.
m = 20 -(11 + 1) = 8 mallas independientes.
6.9 Incógnitas del problema
Las incógnitas principales son los caudales de los ramales o eventualmente la resistencia
en aquellos en los que se impuso el caudal.
También deben determinarse alguno de los siguientes valores:
 Presiones de los ventiladores.
 Caudales de los ventiladores.
 Puntos de funcionamiento caudal / presión de los ventiladores.
Para obtener estas incógnitas, se dispone de las siguientes ecuaciones, obtenidas a partir de
las leyes de Kirchhoff de la ventilación:
 Ecuaciones de los ramales:
- Para los ramales activos: Xi = Ri · Qi
- Para los ramales pasivos: Qi = Qo (o con caudal impuesto)

102. VENTILACION DE MINAS
102 de 180
Circuito correspondiente al esquema anterior
- Para los ramales con ventilador necesitamos algunos datos, como
pueden ser:
Hv = Ho
Qv = Qo
Hv = f(Qv)
En total, se pueden plantear p ecuaciones de este tipo
 Ecuaciones de los nudos:
Qi,j = 0
Existen n-1 ecuaciones independientes de este tipo.
 Ecuaciones de las mallas:
 Xi,j = 0
Existen m = p-n+1 ecuaciones independientes de este tipo.
Se plantea, un sistema con tantas incógnitas como ecuaciones, que siempre tienen solución

103. VENTILACION DE MINAS
103 de 180
6.10 Soluciones informáticas
La resolución en el ordenador es muy sencilla. Sólo se necesitan disponer o poder acceder
a alguno de los programas existentes, como por ejemplo:
 Programa VenPri “Ventilación Principal en Minas y Túneles” de AITEMIN
 Programa VentSim “Mine Ventilation Simulation Software”, de Ventsim
Software,
 Programa VentPC, de Mine Ventilation Service, Inc.
 Programa Ventila, de SADIM / HUNOSA.
 Programa VUMA, de BBE / Miningtek.
Son programas desarrollados específicamente para trabajar en entorno Windows.
6.11 Preparación y entrada de datos
El uso de un programa informático resulta cómodo y eficaz, pues los cálculos son más
rápidos y fiables. Algunas de las ventajas a destacar del uso de programas informáticos
son:
 Permite introducir de modo sencillo los datos significativos de redes de
ventilación y representarlas de modo gráfico.
 Realizan complejos cálculos para obtener la distribución de los caudales de la
red de ventilación, en función de su estructura, las resistencias de las ramas, las
curvas de respuesta de los ventiladores y otros factores, como puede ser el
efecto del tiro natural.
 Algunos de ellos permiten hacer el seguimiento de los gases que se desplazan
por la red de ventilación y estimar su concentración en cualquier punto de la
red, tanto en régimen transitorio como estacionario.
 Pueden utilizarse como herramienta de simulación para hacer estudios de
ventilación, probando distintas variantes e incluso pueden servir para hacer
planes de emergencia en casos de averías o de incendios. En el caso de incendio
se puede indicar en las ramas afectadas la temperatura correspondiente, con lo
cual varía la ventilación natural, y hacer, además, un seguimiento de los gases
desprendidos.
 También puede utilizarse para hacer un control en tiempo real de la ventilación.

104. VENTILACION DE MINAS
104 de 180
6.12 Introducción de la red de ventilación en el programa
La operación principal para la edición de redes de ventilación es la creación de ramas.
Previamente deben estudiarse los planos de la mina y a partir de ellos hacer un esquema
sencillo:
 Las galerías consecutivas y de características semejantes en cuanto a
sostenimiento, sección,... formarán una única rama. La longitud de dicha rama
será la suma de la longitud real más la equivalente, valorada según las
irregularidades y curvaturas que existan en ella.
 No se tendrán en cuenta los fondos de saco, pues no pertenecen a la ventilación
principal. Estas labores formarán parte de un estudio de ventilación secundaria,
aunque si nos definirán el caudal mínimo en la galería del circuito principal de
la que se inicia este fondo de saco.
 Se deben tener en cuenta las labores abandonadas y medir en ellas las posibles
fugas de caudal.
6.13 Diseño de la red en el ordenador
La labor del usuario es la preparación de los datos del programa. La correcta solución del
problema dependerá exclusivamente de la fiabilidad de estos datos, ya que el cálculo estará
siempre bien hecho.
Para preparar los datos puede procederse según el siguiente diagrama de flujo:
PREPARARPARAR PLANOS DE LA MINA
Plano de Ventilación
Plano de las Labores
Plano de detalle
Partiendo de ellos haremos un esquema simplificado, eliminando aquellas
ramas por las que no circule ventilación principal (fondos de saco...)
NUMERACIÓN DE LOS NUDOS
Seguir criterio de numeración, para posteriormente darle un nombre a la
rama cuyos extremos sean esos nudos. Es aconsejable numerar los nudos
siguiendo el sentido de la corriente de aire
Cubrir hoja de nudos ocupados

105. VENTILACION DE MINAS
105 de 180
HOJAS DE CÁLCULO DE RESISTENCIAS
Clasificadas por:
Cañas de pozo
Pozos de retorno
Transversales principales
Cuarteles
MEDIR RESISTENCIAS
De algunas labores importantes, de
aquellas que pudiéramos considerar
“resistencias tipo”, y de elementos
como puertas, esclusas, etc.
CALCULAR RESISTENCIAS
Se calculan directamente a partir de
los datos de mina, o se concluyen a
partir de las ya conocidas
DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS
VENTILADORES
Caso 1: Estimar, o mejor medir las curvas
Caso 2: Fijar la depresión admisible
Caso 3: Fijar el caudal a suministrar
CUBRIR HOJAS DE ENTRADA AL ORDENADOR
Sin ventilación natural
Con ventilación natural
CÁLCULO EN EL ORDENADOR
ESTUDIO DE LOS RESULTADOS
La obtención de los datos, para posteriormente incluirlos en los cálculos del programa, se
realizará mediante la medida y/o el cálculo de los parámetros necesarios.
6.14 Proceso de cálculo
El proceso de cálculo consiste en construir mallas que cubran toda la red de ventilación.
Generalmente no se tienen en cuenta los cambios debidos a compresiones y
descompresiones del volumen de aire que circula. La razón es que el aire que baja a 400 m
se comprime aproximadamente un 5,2%, con lo cual los caudales que atraviesan las ramas

106. VENTILACION DE MINAS
106 de 180
varían ligeramente, pero estas variaciones no influyen de modo importante en el cálculo de
la red de ventilación.
Puesto que la suma de las depresiones de todas las ramas de una malla debe ser igual a cero,
se ajustan los caudales de modo iterativo hasta conseguir que esto se cumpla para todas las
mallas. Este cálculo no puede resolverse con un sistema de ecuaciones por no ser un
sistema lineal. Es, por tanto, necesario un software que resuelva el sistema de forma
iterativa.
6.15 Datos de salida
La tarea fundamental del Ingeniero de ventilación es el análisis y escrutinio de los
resultados del cálculo.
Para cada rama los datos principales obtenidos son:
 El caudal, expresado en m3
/s.
 La pérdida de carga en cada ramal, en mm.c.a. o Pa
 La presión, respecto a la atmósfera, de uno de los dos nudos extremos
(normalmente, el final).
 El seguimiento de gases, y flujos contaminados.
 Puntos de trabajo óptimos del ventilador.
 Estudio de la ventilación natural.
Si el reparto de caudales no es el deseable, se puede rehacer el cálculo planteando otras
hipótesis con algunos valores de resistencia distintos, o variando la configuración de la red,
o los ventiladores. La solución óptima suele obtenerse por selección entre varias posibles.
6.16 Ampliación del concepto de orificio equivalente
En caso de una mina que utiliza varios ventiladores, el concepto de resistencia u orificio
equivalente no es aplicable, puesto que en la expresión:
X1 – X2 = R · Q2
la carga en los distintos puntos de entrada, o en los distintos puntos de salida, puede ser
diferente. Es decir, tanto X1 como X2 pueden no estar definidos.
En este caso, para evaluar la abertura de la mina mediante un parámetro intuitivo, se
extiende el concepto de resistencia y orificio equivalente de la siguiente forma:

107. VENTILACION DE MINAS
107 de 180
Si teníamos:
2
Q
X
R

 ,
se puede convertir en:
)s/mKgenpotenciaW(
Q
W
Q
XQ
R 33




Igualmente
)m(
W
Q
38,0 2
23

Si la red es compleja, con varias entradas y salidas, y se tiene
  i rij ej QQQ = caudal entrante o saliente.
    3
kkkk QRXQW  = potencia aeráulica consumida en todas las ramas del
circuito.
entonces
 
3
3
kk
Q
QR
R
 
Ahora bien      VV
3
kk QHQRW
Hv, Qv: carga y caudal de los ventiladores
Con esto se obtiene una expresión más sencilla de aplicar
 
 3
v
vv
Q
HQ
R

 

Qv: es la fracción del caudal Q que pasa por los ventiladores (normalmente Qv = Q),
recuérdese que R38,0 (R en Kilo murgues).
Calculo de la depresión del ventilador mediante resolución de una malla
Este método puede ser útil en algunos casos, sobre todo para efectuar primeros tanteos o
llegar a, una primera aproximación del problema.
Requiere conocer como datos, los caudales que previsiblemente circularán a lo largo de
una cierta malla que pasa por el ventilador cuya depresión queremos calcular. Estos
caudales si que son conocidos y además, durante la explotación, podemos aproximarnos
más o menos a ellos regulando las puertas que existen en el circuito.

108. VENTILACION DE MINAS
108 de 180
Supongamos una red como la de la figura:
En esta red, conocemos Q1,Q2, Q3..., e igualmente R1, R2, R3...
Se cumple que  i vii 0HQR
Para efectuar un cálculo de este tipo, puede utilizarse una tabla modelo similar a la que se
adjunta:
CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA EN UNA MALLA
Proyecto......................................................................................................................................
...........
DENOMINACIÓN
TRAMO Nº
Anterior
NUDO
Posterior
Resistencia R
Caudal previsto Q
H=RQ2
H

109. VENTILACION DE MINAS
109 de 180
VENTILACION SECUNDARIA

110. VENTILACION DE MINAS
110 de 180
1 INTRODUCCIÓN
En las obras de ejecución de túneles, así como en las labores mineras que no son ventiladas
por la corriente principal (fondos de saco), es necesario una ventilación específica para
asegurar que tenemos en el frente de trabajo el aire necesario para remover los gases
emitidos por los vehículos, la voladura u otros como el metano. Es también necesario
controlar el polvo y la temperatura. Esta ventilación es comúnmente conocida como
ventilación secundaria.
El volumen de aire introducido en las labores estará pues en relación con su extensión, el
número de personas, el tonelaje extraído y las condiciones naturales de la mina, teniendo
en cuenta la temperatura, humedad, emisión de gases mefíticos, producción de polvo y
otras sustancias peligrosas.
El buen conocimiento del sistema de ventilación y los parámetros del entorno que le
afectan, ayudará a optimizarlo principalmente, pero colateralmente nos reportará mucho
beneficios, como son el ahorro de energía, ahorro de los costos de funcionamiento y
mantenimiento, etc. Este buen conocimiento comprende:
 El análisis de la eficiencia de los sistemas existentes, así como la determinación y
localización de los problemas existentes con las consiguientes soluciones a estos
problemas.
 Optimización de los sistemas para reducir el costo energético.
 Optimización de los sistemas para mejorar las condicionen ambientales de los
frentes de trabajo.
 Modificación de los sistemas de cara a adaptarlos a nuevos requerimientos.
 Evaluación técnica y crítica a los diseños de ventilación propuestos por otros.
El presente capítulo profundizará en el conocimiento de estos factores con vistas a poder
optimizar el diseño de estas instalaciones, poniendo hincapié en los puntos sensibles,
exponiendo las metodologías de cálculo más racionales y siempre sin olvidar los factores
prácticos basados en la experiencia.

111. VENTILACION DE MINAS
111 de 180
2 ELEMENTOS DE UNA INSTALACIÓN DE VENTILACIÓN SECUNDARIA
Una instalación de ventilación secundaria o auxiliar estará formada principalmente por
ventilador y una tubería, pero además para que funcione el sistema tenemos se necesita de
otros elementos imprescindibles en ciertas situaciones como pueden ser los captadores de
polvo:
2.1 Ventiladores
El ventilador para la ventilación auxiliar o secundaria tiene por objeto poner en el frente de
trabajo aire limpio, procedente o bien del circuito de ventilación principal en caso de minas,
o bien del exterior en el caso de ventilaciones de obra en túneles.
Los ventiladores usados en este tipo de ventilación son generalmente de tipo axial. En
función del tipo de galería o túnel y del ambiente de trabajo los ventiladores tienen
configuraciones constructivas diversas con lo que podemos clasificarlos en:
Ventiladores neumáticos
Son equipos que han sido usados principalmente en minería sobre todo en lugares en que
es imposible hacer llegar una red eléctrica o en los que por motivos de seguridad no se
recomienda la utilización de equipos eléctricos.
Los ventiladores neumáticos son ventiladores axiales de un escalón, accionados por aire
comprimido que toman de una red alimentada desde una sala de compresores en el caso e
una mina o desde un compresor portátil en el caso de que la aplicación del ventilador sea
para la limpieza en el ámbito de la industria naval. Es en este último caso, donde muchas
veces se requiere que un único ventilador alimente más de una tubería, por lo que se le dota
al ventilador de piezas de adaptación o de conexión a las tuberías que se acoplan para
completar el sistema de ventilación.

112. VENTILACION DE MINAS
112 de 180
El ventilador está compuesto por una carcasa exterior cilíndrica de acero. En su interior se
aloja el rodete y el mecanismo de giro que acciona a éste. Se trata de turboventiladores, es
decir, una turbina y un rodete que van montadas sobre un mismo eje.
Las características aerodinámicas dependen de la presión de la red en cada momento. Por
otro lado, el rendimiento de estos equipos es inferior al rendimiento de los equipos
eléctricos, y si además tenemos en cuenta la menor eficiencia que tiene un sistema de aire
comprimido frente al eléctrico, la utilización de estos equipos sólo es recomendable por
motivos de seguridad.
Ventiladores eléctricos
Se trata de equipos accionados mediante un motor eléctrico, el cual va acoplado
directamente al rodete del ventilador.
En función de las características de nuestro frente de ventilación secundaria, se distinguen
los siguientes tipos de ventiladores:
Ventiladores axiales para grandes túneles y minas no grisuosas: Son máquinas eléctricas
que trabajan generalmente en ventilación soplante. La configuración típica para una
estación de ventilación de este tipo es:
 Ventilador. Un ventilador o más dependiendo de las exigencias aerodinámicas.
Puede, por tanto, haber instalados varios equipos en serie.
 Rejilla de protección. Para evitar que elementos susceptibles de ser aspirados pasen
con el flujo a través del ventilador. Sirve además para evitar daños accidentales en
el personal que trabaje en el entorno de la máquina.
 Tobera de admisión. Facilita la entrada del aire, reduciendo la pérdida de carga en
el sistema, mejorando el rendimiento del sistema y reduciendo el nivel de ruido
aerodinámico del equipo.
 Silenciosos tubulares. Son los atenuadores acústicos, de manera que se
dimensionan para reducir el nivel de ruido aerodinámico a los niveles deseados.

113. VENTILACION DE MINAS
113 de 180
 Sistema de anclaje o de fijación, que puede ser al techo del túnel o galería mediante
pernos, o bien mediante un bastidor anclado directamente al suelo, o mediante un
pórtico, típico para túneles de gran sección.
Ventiladores axiales con motor antideflagrante: Son ventiladores eléctricos preparados
para trabajar con atmósferas explosivas. Por tanto, el motor ha de tener una protección
antideflagrante, cuyo grado de seguridad será el exigido para cada ambiente en particular.
Este tipo de ventiladores es la solución para minas y lugares donde la atmósfera es
potencialmente explosiva. La configuración típica de estos ventiladores es análoga a la
vista en el caso anterior.
Generalmente, en este caso peculiar, podrán usarse estos ventiladores en sistemas de
ventilación impelente, ya que el aire que hacen llegar al frente será aire limpio procedente
del circuito de ventilación principal, y por tanto no tiene por qué haber riesgo de explosión.
En líneas impelentes se puede utilizar un ventilador con la forma constructiva
convencional, así como también, fuera del ámbito minero y con concentración de metano
todo tipo de instalaciones siempre y cuando el motor sea apto para trabajar con atmósferas
explosivas.
Ventiladores antideflagrantes de bolsillo: La legislación minera nos dice que en líneas
aspirantes no se permite que el flujo de aire pase por el motor, por lo que la construcción
del ventilador esta condicionada por esta circunstancia. Para tal aplicación se utilizan
ventiladores eléctricos preparados para trabajar en atmósfera explosiva compuestos por
una carcasa exterior cilíndrica para la carcasa motor, dentro de la cual va alojado el motor,
estando este contenido en una envolvente que lo sitúa fuera del circuito de aire, como se
aprecia en la siguiente figura.
Ventilador de bolsillo

114. VENTILACION DE MINAS
114 de 180
Esta configuración añade al ventilador un extra de protección frente a los axiales
antideflagrantes normales, ya que el motor también suele tener también protección
antideflagrante.
Ventiladores contrarrotativos: Cuando se necesita vencer grandes pérdidas de carga y los
caudales no son excesivamente altos, pueden usarse ventiladores contrarrotativos. Estos
ventiladores son capaces de proporcionar 2 o 3 veces más presión que un ventilador normal.
Se trata de ventiladores que llevan 2 rodetes girando en sentidos opuestos, y por tanto dos
motores. Su uso se restringe a ocasiones en las que por exigencias de la sección del túnel,
debido al gálibo, se instalan tuberías de diámetro inferior al adecuado, con los que las
presiones de trabajo para poder mantener el caudal necesario en el frente nos lleva a la
utilización de ventiladores de muy alta presión.
La elección del ventilador adecuado es importante de cara a maximizar el rendimiento del
conjunto. Si las características del sistema así lo requieren, pueden instalarse baterías de 3
y 4 ventiladores en serie para lograr vencer presiones de más de 10.000 Pa. Cuando se
trabaja con dichas presiones se ha de tener en cuenta también la resistencia de la propia
tubería, ya que si no se dimensiona correctamente podría no soportar el trabajo de
ventilador, sobre todo los tramos iniciales donde se alcanzan las más altas presiones.
2.2 Tubería
La tubería de ventilación está formada por un tejido textil de poliéster revestido con PVC.
El poliéster proporciona al conducto su resistencia mecánica. Se utilizan varios espesores
de textil en función de las diferentes calidades de la tubería.
El recubrimiento del textil hace el conducto de ventilación impermeable al aire y al agua, y
protege el poliéster de los rayos ultravioleta, así como de las influencias químicas.
Los revestimientos gruesos proporcionan una mayor resistencia. Todas las tuberías deben
de ser autoextiguibles, es decir, que en caso de incendio, el tubo continuará quemándose el
tiempo que se exponga a las llamas, pero se apagará cuando se elimine la fuente de
incendio.
En el caso de ventilación aspirante las tuberías pueden ser también de poliéster llevando
anillos de refuerzo que le proporcionan rigidez. Las tuberías totalmente rígidas de PVC o
metálicas no se recomiendan por su elevado coste, su alto peso y la dificultad para salvar
obstáculos tales como curvas, estrechamientos, etc.

115. VENTILACION DE MINAS
115 de 180
2.3 Filtros
Junto a los gases, el polvo es uno de los principales contaminantes que perjudica el
ambiente de un túnel o una mina. Cuando el polvo se encuentra en el aire, forma un
sistema disperso llamado "aerosol". El polvo puede permanecer en el aire durante largo
tiempo, dependiendo de varios factores, entre los cuales están: tamaño, finura, forma, peso
específico, velocidad del movimiento del aire, humedad y temperatura ambiental.
El control del polvo se realiza principalmente mediante la supresión o atenuación del
mismo, mediante su captación o mediante su dilución. Trataremos en este apartado los
sistemas de captación o filtrado:
Las fuentes de generación de polvo son múltiples, así como el tipo de polvo en cuanto a su
nocividad o peligrosidad. En minas donde se produce polvo de carbón, la generación de
este crea una atmósfera peligrosa potencialmente explosiva, en cambio la presencia de
sílice hace que el ambiente sea dañino para el personal de trabajo.
El polvo se puede generar en operaciones de carga, en la perforación, en el avance
mecanizado de túneles o galerías, etc. Para estos casos es preciso disponer de sistemas de
captación con filtros de alta eficacia para garantizar una atmósfera de seguridad y confort.
El empleo de maquinas de ataque puntual comúnmente conocidas por rozadoras o
minadores genera gran cantidad de polvo en la zona en la que se realiza la excavación. Este
polvo presenta graves inconvenientes para las personas que trabajan en el entorno, falta
absoluta de visibilidad, imposibilidad de respirar, aspiración de polvo de sílice o similares
así como una disminución de la seguridad en el trabajo e incrementos de situación de
accidentes.
La captación de polvo es básicamente un sistema aspirante similar a los descritos
anteriormente a los que se les incorpora un filtro. Este puede ser por vía húmeda y por vía
seca.
Los filtros en vía húmeda son mas económicos pero mucho menos eficaces que los de vía
seca. Los filtros por vía seca son de alta eficacia que llega al 99.9% del polvo aspirado, es
decir, de 1000 gr. de polvo aspirado se retorna al túnel 1 gr.
Vía Húmeda
El sistema de captación de polvo, se suelen instalar en los frentes de avance con minador
en el circuito de ventilación secundaria en esquema aspirante.
Este tipo de captador de polvo se emplea especialmente en minas de carbón, y que en
España se instalan de acuerdo con las exigencias de la ASM-52, que establece en su
apartado 4.1.2.-Prescripciones adicionales para avances mecanizados, que: las labores de
avance mecanizado dispondrán de un captador de polvo. El extremo de la tubería de
aspiración del captador estará situado a una distancia máxima del frente de 2 metros.

116. VENTILACION DE MINAS
116 de 180
Generalmente en los frentes de avance con minador se están usando equipos de captación
que consisten básicamente en un ventilador axial de “bolsillo” que incorpora un sistema de
pulverización de agua y un panel filtrante.
Es necesario la correcta utilización y ubicación del sistema, ya que con cierta frecuencia se
combinan los captadores con otros ventiladores en serie, creando condiciones de servicio
inadecuadas, fundamentalmente debido a la circulación de un exceso de caudal a través del
captador, con pérdidas de carga en el filtro muy elevadas.
En otras ocasiones, y también con cierta frecuencia, ante la necesidad de mayor caudal de
ventilación secundaria en el frente, se retira el panel filtrante, ocasionando por tanto una
pérdida de eficacia notable en la captación y decantación del polvo respirable.
En funcionamiento aislado sobre una línea de ventilación secundaria, el conjunto se
comporta como un ventilador, cuya curva de funcionamiento se asemeja a la de un
ventilador con una resistencia (filtro) en serie con ella. Sin embargo, cuando el captador
funciona en serie con otro ventilador, (se instala a continuación de dicho ventilador), y
debido a que los ventiladores pueden suministrar un caudal nominal mayor que el del
captador de polvo, el conjunto “ventilador del captador+filtro“ se comporta como una
resistencia (pérdida de carga neta) insertada en el circuito de ventilación del ventilador
auxiliar.
Por esta razón, resulta aconsejable la ubicación de este equipo en punto de la instalación de
ventilación secundaria en los que el caudal que circule no sea superior a los del caudal
nominal del filtro (Se intenta que el filtro sea un elemento neutro a efectos de pérdida de
carga), ya que para caudales superiores a éste aumenta notablemente la pérdida de carga y
se penaliza el rendimiento de la instalación.
Cuando se recurre al acoplamiento de
un sistema de captación en el sistema
de ventilación auxiliar, ubicar este
equipo lo más cerca del frente de
trabajo resulta favorable para el
funcionamiento (de hecho ya no sería
un elemento neutro, sino positiva, de
manera que ayude al ventilador
auxiliar).
Se debe insistir en la necesidad de
proceder a una limpieza periódica del

117. VENTILACION DE MINAS
117 de 180
panel filtrante para evitar obstrucciones que ocasionan disminuciones significativas del
caudal efectivo en el frente. Se debe señalar también la importancia de reducir las fugas
a lo largo de la tubería, teniendo en cuenta que este aspecto tiene mayor relevancia aún
que en otras instalaciones, ya que al existir una importante resistencia intercalada en el
circuito (captador de polvo), se trabaja con un caudal reducido en el frente de trabajo
con lo que la captación se verá mermada.
Para definir el caudal necesario para los filtros acorde a una posición x de dicho captador a
lo largo de una línea de ventilación, hay que tener en cuenta como se comporta dicha línea
sin captador. Esta claro que el caudal en el frente será menor que el caudal que moviliza el
ventilador, por lo que a lo largo de la línea vamos a tener un caudal distinto y que
tendremos que estimar en función de la longitud donde lo evaluemos. De esta manera, se el
caudal de diseño del filtro es igual o superior al que corresponde con la posición x, el filtro
trabajará en condiciones óptimas.
En el gráfico se puede ver la evolución del
caudal según una parábola, pero por
simplificación suponemos una recta, que
es más restrictivo.
Vía Seca
Los filtros en vía seca con aplicación al
avance de túneles o galerías, se dividen
principalmente en compactos o
semicompactos.
A. Filtros Compactos
Los filtros denominados compactos son los que se utilizan en un sistema de aspiración de
tipo secundario con una ventilación soplante como principal. Básicamente el sistema de
ventilación está formado por una línea soplante principal y una línea aspirante secundaria
que incorpora un filtro

118. VENTILACION DE MINAS
118 de 180
La línea aspirante está compuesta desde el frente por:
- Tubería flexible reforzada aspirante
- Filtro
- Estación de ventilación que ha de vencer la pérdida de carga tanto de la tubería
como del propio filtro.
Las ventajas de esta solución son varias:
- Ocupa poco espacio en el túnel
- Tramo de tubería de longitud reducida. (máx. 80 metros)
- Ventiladores estándar
- Fácil movilidad.
- El aire fresco llega al frente a través de la línea soplante
Las desventajas principales del sistema son:
- El filtro requiere ser adelantado con una periodicidad aproximada de una semana.
- Dos líneas, soplante y aspirante.
En las tuneladoras por el mismo motivo que en las rozadoras o minadores se utilizan
sistemas de captación de polvo para aspirar el que se genera en la fase de corte. El volumen
de polvo generado en una tuneladora es muy superior al generado en una rozadora, lo que
hace del sistema de captación de polvo un elemento indispensable.
En las tuneladoras se utiliza el filtro compacto para la captación de polvo. El sistema de
ventilación se complementa con un sistema soplante desde el exterior.

119. VENTILACION DE MINAS
119 de 180
B. Filtros Semicompactos
Los filtros denominados
semicompactos se utilizan como
línea general de ventilación
formando un sistema aspirante con
alguna salvedad. El filtro se coloca
en el exterior del túnel. Los
ventiladores se colocan próximos al
frente con un tramo de tubería
flexible aspirante por delante y el
resto hasta unirse con el filtro con
tubería flexible soplante.
Las ventajas del sistema son:
- Solamente una línea de
ventilación.
- El filtro no debe ser movido
Esta solución presenta las siguientes desventajas:
- Filtro de gran tamaño.
- Ventiladores especiales con protecciones contra el polvo y antidesgaste
- Limitación de longitud de tramo a 800 metros (recomendado 500-600m.)
- Problemas de decantación del polvo en la tubería soplante con el consiguiente
incremento de la pérdida de carga y disminución de caudal aspirado.
- El aire que llega al frente está contaminado y caliente.
2.4 Cassetes
Las especiales circunstancias de los avances conseguidos con las tuneladoras que en un
solo día pueden excavar 20 o más metros de túnel, genera un problema adicional que es el
de colocar la tubería soplante que lleva el aire hasta el frente.
Debido a esos ratios de avance es prácticamente imposible ir añadiendo tubería ya que ello
supondría parar la máquina y por tanto retrasar el avance de la excavación.
Para solucionar este inconveniente se ha diseñado un almacén de tubería que se incorpora
en el propio back up de la tuneladora. En este almacén se acopian hasta 200 metros de
tubería flexible en un reducido espacio de unos 3-4 metros de longitud. Esta tubería está
unida con la que llega del ventilador. A medida que la tuneladora avanza va desplegándose
tubería sin pausa alguna que obligue a suspender el trabajo de corte.
Normalmente se dispone de dos unidades de cassette para minimizar los tiempos de parada.

120. VENTILACION DE MINAS
120 de 180
Esta solución tiene ventajas adicionales como son:
- Una perfecta alineación de la tubería
- Un muy buen tensado de la misma
- La instalación no sufre de roturas por intrusión en los gálibos de los vehículos que
circulan por el túnel.
A
H
L
øD
Gijo n − Ast urias (Es pana )−Apdo. 40 4
Tlf s. 34(9)8−51 6 8 1 32 / 5 16 81 18
Fa x − 3 4(9)8−516 80 47
SER IE
ød1
ød2

121. VENTILACION DE MINAS
121 de 180
3 SISTEMAS DE VENTILACIÓN
3.1 Tipos de sistemas de ventilación
Soplante
El aire entra al frente del fondo de saco a través de la tubería, impulsado por un ventilador,
y desplaza la masa de aire viciado hacia la corriente principal de aire, a través de la galería.
Este es el sistema predominante usado en la mayoría de las minas.
La corriente de aire limpio que se genera en este sistema, a una velocidad relativamente
alta, provoca al entrar en contacto con los gases que hay en el frente una mezcla turbulenta
con lo que se elimina la potencial de acumulación o estratificación del gas en zonas
próximas al frente. La salida del conducto debe estar situada a una distancia adecuada del
frente, de modo que la zona de barrido se extienda hasta éste. Si la distancia es excesiva, se
crea una zona muerta, en la que el aire no se renueva.
5.5.1.1 Características de la ventilación soplante
 Barrido del frente:
En un sistema soplante la distribución de las líneas de flujo hace que la corriente de
aire fresco sea efectiva a mayor distancia desde la salida del conducto que en el
sistema aspirante. En frentes grisuosos, esta corriente causa una mezcla turbulenta
con el grisú y evita la estratificación de éste.

122. VENTILACION DE MINAS
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 Ambiente de trabajo y polvo:
La velocidad de la corriente de aire incidente produce un efecto refrigerador en el
frente. Por otra parte, esta velocidad, da lugar a una suspensión y dispersión del
polvo, por lo que en el caso de ambientes muy polvorientos será necesario acoplar
un ventilador de refuerzo aspirante. La misión de este ventilador será retirar el
polvo del frente y llevarlo a un decantador.
 Circulación del gas:
En caso de trabajar en ambientes grisuoso, el metano generado en el frente se
arrastra a través de toda la galería, donde la probabilidad de encontrar fuentes de
ignición podría ser en principio mayor, por lo que la elección del sistema en este
caso ha de estudiarse cuidadosamente.
 Conductos de ventilación:
El sistema permite el uso de conductos flexibles no reforzados, que tienen una
superficie interior lisa. Estos conductos son más baratos y manejables y presentan
una menor resistencia al paso del aire.
Aspirante
En este método, el aire contaminado del frente es succionado a través del conducto debido
a la depresión creada en esta por un ventilador situado en el otro extremo. Este aire es
evacuado en la corriente de ventilación principal, procedente de la cual entra aire limpio a
través de la galería.
La boca de aspiración de la tubería debe situarse muy próxima al frente, pero aún así,
debido a la distribución de las curvas de velocidades de aire en las zonas próximas a la
aspiración, este sistema no efectúa en general un buen barrido del frente, por lo que suele
ser necesario el uso de la configuración denominada mixta.

123. VENTILACION DE MINAS
123 de 180
Características de la ventilación aspirante.
 Barrido del frente:
El aire fresco entra a través de la galería, de sección mucho mayor que el conducto,
luego su velocidad y turbulencia será mucho menor, y su mezcla con el gas emitido
por la galería y el frente mucho más pobre.
Además, según el aire fresco entrante en el sistema aspirante se aproxima a la toma
de aire del conducto, el flujo tiende a moverse hacia ella, creando el potencial para
la formación de zonas de aire estático en el frente. Por este motivo, un sistema
aspirante por si solo no es capaz, en general, de garantizar un buen barrido del
frente, si este es de gran sección o si la tubería de aspiración no está situada en el
mismo frente. Por ello, es conveniente adoptar una solución mixta, con un
ventilador de refuerzo soplante que cree una turbulencia adecuada para garantizar la
dilución del grisú.
 Ambiente de trabajo y polvo:
La velocidad de la corriente de aire incidente es menor con lo que disminuye el
efecto refrigerador en el frente. La suspensión y dispersión del polvo es también
menor. Además debe considerarse que este ventilador retira el polvo del frente.
 Circulación del gas:
El gas generado en el frente circula por la tubería, mientras que por la galería
circula aire limpio. Este argumento, parece que inclinaría la balanza hacia la
ventilación aspirante en el caso de frentes muy grisuosos. Pero ha de considerarse
que el gas debe circular por la tubería de ventilación y a través de los ventiladores
secundarios, que también son posibles fuentes de ignición. (ASM 51, ATEX, prEN).
 Conductos de ventilación:
El sistema requiere un conducto rígido (fabricado en acero, plástico o fibra de
vidrio) o un conducto flexible reforzado mediante espiral. Si los sistemas requieren
un gran caudal, su ejecución práctica puede ser problemática técnicamente
hablando, ya que se necesitan presiones muy elevadas que conducen a la utilización
de varios ventiladores en serie.
Soplante con apoyo aspirante
Forma parte de los sistemas mixtos. El sistema mixto, también llamado sistema solapado,
utiliza un ventilador auxiliar de refuerzo, situado frente a la labor, y con un tramo de
conducto de poca longitud. Estos sistemas combinan las ventajas de cada sistema,
consiguiendo el mejor efecto de ventilación en situaciones concretas de minería.
Son posibles dos configuraciones en función de que la línea principal sea la aspirante o la
soplante.
Una línea soplante con solape aspirante consta de un sistema soplante principal con una
instalación auxiliar aspirante, cuya función por lo general es la de recoger y evacuar el
polvo generado en el frente.

124. VENTILACION DE MINAS
124 de 180
Aspirante con apoyo soplante
Un aspirante con solape soplante tendrá el esquema opuesto, y la función del ventilador
auxiliar de refuerzo (soplante) es precisamente la de asegurar un buen barrido del frente,
evitando la formación de zonas muertas sin ventilación adecuada.
La ventilación aspirante, estará diseñada de forma que tome en dicho fondo de saco, en el
frente, unos 2/3 del caudal que se ha calculado, de forma que el 1/3 restante regrese por el
fondo de saco hacia la corriente de ventilación principal, limpiando o arrastrando a su paso
los humos que se generan por el paso y el estacionamiento de los camiones.
De esta forma:
 Conseguimos aire limpio en el frente ya que el humo de los camiones no va
hacia los trabajadores.
 Se diluyen de todas formas los humos y con mayor efectividad
 Se evita, como ocurre en muchas ocasiones que la velocidad del aire en el fondo
de saco sea prácticamente nula en zonas alejadas del frente.
 Se disminuye la temperatura, aumentan las condiciones de confort de los
trabajadores, aumentando su rendimiento de trabajo.

125. VENTILACION DE MINAS
125 de 180
3.2 Configuraciones
Ventilación escalonada (Boosters)
Cuando la longitud del fondo de saco es bastante grande en relación al diámetro de la
tubería, en muchas ocasiones, con uno o varios ventiladores en cola no se conseguiría el
objetivo propuesto de caudal en el frente de trabajo. Incluso puede que con la
configuración en cola se alcancen presiones que la tubería no puede soportar. En estos
casos se colocan ventiladores intercalados a lo largo de la tubería con el fin de ayudar al
sistema.
Estas instalaciones se pueden hacer con los dos tipos de tuberías usadas en minería, la
tubería flexible lisa o con la tubería flexible reforzada.
Como se puede ver en el diagrama de presiones anterior, para una instalación soplante, las
presiones en los ventiladores son positivas principalmente. Pero si observamos los
ventiladores 2 y 3, vemos que la tubería que une los dos ventiladores tiene un tramo de la
misma en sobrepresión y otro tramo en depresión. Esto trae problemas en ambos tipos de
tubería:
1. Si la tubería en flexible reforzada, puesto que todas las tuberías tienen fugas, en este
caso tendremos fugas entrantes y fugas salientes, lo que producirá una recirculación de aire
tanto alrededor del ventilador 3 como en el punto t de la tubería donde cambia el régimen
de presión.
2. Si la tubería fuese flexible lisa, en el momento de que se genere depresión en el lado de
aspiración del ventilador 3, la tubería se colapsará al tender a cerrarse, pues no está
reforzada. Esto traerá como consecuencia que el ventilador comenzará a trabajar más
forzado y podría incluso a llegar a trabar en régimen de bombeo. El operario de la
ventilación, intuitivamente retrasaría la posición del ventilador para intentar corregir esta
situación, pero el sistema es más complejo por que los triángulos de presiones va a
depender en todo momento de la distancia del ventilador 3 hasta el frente, y esta distancia
va cambiando a medida que se va avanzando, lo que obligará de nuevo a seguir añadiendo
ventiladores y al final, sin un criterio racional.
1 2 3t
+ + +
-
1 2 3t
+ + +
-

126. VENTILACION DE MINAS
126 de 180
PPSSTT
++
tubería tubería
En cola
Una alternativa al sistema anterior es la de colocar todos lo ventiladores necesarios en cola
de la instalación. Los ventiladores necesarios se instalan en el extremo de la tubería
opuesto al frente de trabajo.
Para una instalación soplante se puede utilizar tubería flexible lisa. En este sistema se tiene
la ventaja de no producirse la recirculación de aire viciado. Tiene la limitación en la propia
tubería, ya que el utilizar varios ventiladores en serie hace que las presiones que se generan
en la tubería sean muy elevadas. La tubería ha de soportar estas presiones, así como estar
en buenas condiciones ya que si no las fugas que se producen en la tubería podrían hacer
que apenas llegase aire al frente de trabajo.
Separadores
Cuando en un túnel con gran necesidad de caudal, la relación longitud de tubería frente a
diámetro es muy grande los dos sistemas anteriores se hacen inviables.
La propuesta mediante separadores consiste en instalaciones de ventiladores y tubería en
serie, como si fuese una ventilación escalonada, pero cada ventilador intercalado no estaría
conectado a la tubería de la instalación anterior.
Una vez ya se conoce el caudal que se necesita en frente, se calcula la instalación necesaria,
que estará definido por la tubería de ventilación y uno o varios ventiladores en serie.
Debido a las fugas que se generan en la tubería, el ventilador tendrá que entregar un caudal
superior al que necesita en el frente de trabajo. Puesto que este ventilador tomará aire

127. VENTILACION DE MINAS
127 de 180
limpio de una instalación anterior, dicha instalación deberá entregar un caudal ligeramente
superior de manera que la diferencia se incorpore como caudal saliente a la galería o túnel
evitando que el último ventilador tome aire de retorno recirculándolo.
Este sistema tiene la principal ventaja de poder utilizar tubería flexible lisa, que para
longitudes de túneles importantes hace que la instalación sea mucho más económica, por
otro lado al no estar conectados los ventiladores, no se producen depresiones en las
tuberías que colapsen las mismas.
Para un correcto ajuste del sistema es conveniente el uso de variares de frecuencia para el
control de los ventiladores, sobre todo para reducir el caudal en el ventilador más próximo
al frente, ya que si tiene menos tubería instalada en cierto momento que la de diseño,
puesto que la resistencia del sistema es menor, el ventilador movilizará mucho más caudal,
y si este caudal es superior al que entrega el sistema anterior, se puede producir un
recirculación de aire viciado, algo que no es muy deseable, por tanto se bajará el caudal del
ventilador más próximo mediante el uso de un variador de frecuencia.
Recirculación controlada
Una práctica habitual en otros países es la recirculación controlada de aire. Este esquema
es posible tanto en las ventilaciones aspirantes como impelentes, y consiste básicamente en
provocar de forma consciente y controlada la recirculación de parte del caudal de aire que
retorna del frente, asegurando el caudal efectivo que marca la ASM51.
Entendemos por caudal efectivo (qe) el volumen de aire en m3
/s que llega al frente, menos
el que recircula.
Esta solución tiene la ventaja del aprovechamiento integral del aire introducido en la mina,
que sale limpio, pero evidentemente requiere un estricto control de la calidad del aire
recirculado, de forma que el contenido de gas en el frente nunca alcance concentraciones
Distancia
Conexión a tubería Conexión a
ventilador
Varilla
tuercatuerca
separador

128. VENTILACION DE MINAS
128 de 180
peligrosas. A priori, esta idea tiene interesantes posibilidades, pero debe analizarse su
viabilidad para cada caso en concreto, teniendo en cuenta el régimen de desprendimiento
de gas de la labor, la ubicación de las máquinas y del personal, y los aspectos relativos al
polvo.
Esta tarea exige, además, la utilización del control ambiental.

129. VENTILACION DE MINAS
129 de 180
4 CRITERIOS DE DEFINICION DE CAUDALES
La estimación de la cantidad necesaria de aire en una zona de trabajo todavía es un aspecto
empírico en la planificación y diseño de un sistema de ventilación. La mayoría de las
referencias están basadas en experiencias locales de emisiones de gases o de disipación de
calor y aún están referidas de una manera práctica a ratios de m³/s por determinadas
unidades: CV Diesel, toneladas extraídas, m² de sección de túnel, etc.
Estos métodos de determinación de los caudales serán válidos siempre y cuando los
métodos de trabajo propuestos, tipo de maquinaria y condiciones sean similares a los que
dieron lugar a los ratios de caudal.
Según la experiencia de otras minas se recomienda empezar a cuantificar las necesidades
de caudal en los propios puntos de trabajo, en los fondos de saco.
Para ello, se pueden utilizar numerosas formulaciones para cuantificar el caudal de aire
necesario que me den:
 m3/s por kilotoneladas de mineral/año.
 m3/s por KW de Diesel instalado
 m3/s por un KW de diesel funcionando
 m3/s por litro de “Diesel” caminando dentro de la mina
 m3/s por persona en la mina
4.1 Velocidad mínima
La velocidad mínima de retorno de ventilación es un valor de referencia bastante usado por
simplicidad. Como referencia en todo tipo de túneles y galerías, una velocidad mínima de
retorno de 0.5 m/s es suficiente. Esta velocidad define el caudal en el frente de trabajo de
0.5xS m³/s donde S es la sección del túnel en m². Si la longitud del túnel es importante, las
fugas que se producirán en la tubería de ventilación incrementará progresivamente el
caudal de retorno, hasta hacerse máximo a la salida del túnel con lo que la velocidad media
de retorno será superior a los 0.5m/s de diseño.
En minería de carbón se usa como referencia una velocidad mínima de retorno de 0.2 m/s
para sus labores en roca, incrementándose a 0.3m/s para labores en carbón
4.2 Dilución de metano
La reglamentación de seguridad minera se remonta a 1825, año en el que por Real Decreto
se asigna a la Dirección General de Minas las operaciones de vigilancia e inspección de las

130. VENTILACION DE MINAS
130 de 180
labores mineras. En 1897 aparece el primer Reglamento de Policía Minera, modificado en
1910 y en 1934, y posteriormente modificado para adaptarse a los progresos tecnológicos.
Las ITC (Instrucciones Técnicas Complementarias) destinadas a favorecer la seguridad
minera, están recogidas en el RGNBSM (Reglamento General de Normas Básicas de
Seguridad Minera), publicado en el año 1985 y con competencia de las Comunidades
Autónomas. En Asturias se promulgaron 52 ITCs, con los acrónimos ASM, que son
prácticamente idénticas a las ITCs nacionales excepto dos que son exclusivas de Asturias:
 ASM-51 “Explotación de capas de carbón por el método de Sutirage con subniveles”.
 ASM-52 “Sistemas de explotación de labores subterráneas clasificadas, respecto al
riesgo de presencia de grisú y otros gases inflamables”.
De todos modos el caudal requerido en el frente por motivos de dilución de grisú es
generalmente menor al requerido por otros criterios. Como norma general, podrá decirse
que habrá que tener una velocidad mínima de 0.3m/s en frentes grisuosos y 0.2m/s en
frentes no grisuosos.
4.3 Dilución emisiones diesel
Se toma como referencia la cantidad de KW Diesel de las máquinas presentes en los
trabajos en la explotación, con los consiguientes coeficientes de simultaneidad, de manera
que multiplicado por la cantidad de aire específico según la legislación, nos da el caudal
necesario que ha de movilizar el ventilador.
Esto tiene un problema, ya que a pesar de que los coeficientes de utilización de las
máquinas diesel cambian en función de la organización, planificación, y sobre todo de la
evolución de la mina, siempre se consideran estos coeficientes constantes en los libros de
ventilación, por lo que debería incidir en este tema, ya que a pesar de que se superen los
0.05 m3
/s/CV Diesel No catalizado o 0.03 m3
/s/CV Diesel Catalizado, puede ser que la
ventilación pueda ser demasiado justa. Habrá que tener en cuenta otros factores como
velocidad de retorno, temperatura, etc.
Como referencia orientativa en fase proyecto del caudal de aire necesario en lugares con
utilización de maquinas Diesel:
 Para trabajos con Equipos Diesel Catalizados:
Q (m3/s) = 0.04 (m3/s) x N° de operarios + 0.03 (m3/s) CV Diesel
 Para trabajos con Equipos Diesel No Catalizados:
Q (m3/s) = 0.04 (m3/s) x N° de operarios + 0.05 (m3/s) CV Diesel
Con esta formulación obtengo el caudal que necesito para cada fondo de saco.
A efectos prácticos, esta formulación sería suficiente para el dimensionamiento de la
ventilación ya que profundizar en el origen de los coeficientes 0.03 y 0.05 no tiene sentido

131. VENTILACION DE MINAS
131 de 180
si no se tiene claro el coeficiente de simultaneidad de las máquinas que están trabajando en
cada frente de trabajo.
El vigente RGNBSM aborda la problemática asociada a la utilización de motores de
combustión interna en el interior de la mina únicamente desde la perspectiva de exigir una
suficiente dilución de los gases de partículas emitidas, para que las concentraciones
ambientales se mantengan por debajo de los valores admisibles para los distintos gases
peligrosos según ITC 04.7.02 “Concentraciones límites de gases”.
La única especificación de caudales mínimos en la que se utilicen máquinas de combustión
diesel en la normativa minera española se encuentra en el Reglamento de Policía Minera de
1934, que establecía un requerimiento de ventilación de 13 m³/s por cada 100KW de
potencia nominal, que corresponde con un ratio de 0.097 m3
/s/CV Diesel, que supone
prácticamente el doble que lo que se considera en los reglamentos mineros internacionales
vigentes.
Durante los últimos 15 años, se han conseguido grande mejoras en el desarrollo de los
motores diesel, sobretodo en lo que se refiere a la reducción de las emisiones de partículas.
Estas mejoras específicas se han centrado en el turbo compresor, en la inyección a alta
presión y en la inyección electrónica de combustible.
La combustión incompleta de combustible en los motores diesel produce emisiones que
están formadas por mezclas complejas de gases y partículas de carbón junto con
componentes orgánicos que han adsorbido.
Por lo general, en la mayoría de las minas en USA y en Canadá, los parámetros de diseño
del caudal están basados en ratios tipo “m3
/s/CV”, y se está empezando a tener muy en
cuenta la dilución de las partículas DPM. Es en estos países donde se están centrando en el
control a la exposición de estas partículas, y que sin duda marcarán una referencia qua
acabarán siguiendo el resto.
Considerando la cantidad de carbón total por metro cúbico de aire, se observa que en la
gran mayoría de las minas en que el ambiente no era confortable para el trabajo y que en
algún momento se ha tenido que parar los trabajos, implicaba tener valores por encima de
los 400TC  g/m3
.
La mayor cantidad de emisiones son las de los equipos de producción (palas cargadoras,
camiones y locomotoras). Es necesario conocer sobre que valores nos movemos en las
emisiones de partículas de las máquinas atendiendo a tipo de máquina:
Tipo de máquina en función de la
inyección del combustible
Valor inferior
[g/HP-h]
Valor superior
[g/HP-h]
Equipos modernos de Inyección Directa 0.1 0.4
Equipos Inyección Indirecta 0.3 0.5
Equipos Viejos de Inyección directa 0.5 0.9
Los valores de las emisiones dentro del rango definido por el valor inferior y el valor
superior, serán tales que para máquinas con buen programa de mantenimiento que estarán

132. VENTILACION DE MINAS
132 de 180
más próximos al valor inferior mientras que en caso contrario se aproximará al otro
extremo del rango.
La contribución de partículas de emisiones Diesel (g/min) vendrá dada por la expresión:
]
min
[
480
1
100
[%]100
100
[%]100
][8]/[][]min/[
relevoEFEC
relevo
hr
hHPgEDHPPDgCED 




 





 

donde:
CED: Contribución de Partículas (DPM) en las emisiones de vehículos Diesel ]min/[g
PD: Potencia del vehículo diesel ][HP
ED: Emisión de partículas diesel (DPM) ]/[ hHPg 
EC: Eficiencia del catalizador[%] .
EF: Eficiencia del filtro[%]
El caudal necesario para la dilución de las partículas hasta el límite de carbón por m³ de
aire en microgramos vendrá determinado por la expresión:
     ]
min
[
60
1
min]/[]/[2.1]/[10]/[]/[
163
/
3
/
s
gCEDTCratioDPMggmgLímitesmQ TCECTCEC 


Como referencia, el límite provisional de exposición a partículas Diesel usado es
400TC  g/m3
(Recomendaciones de NIOSH y que MSHA está siguiendo), vigente pero que
a partir de Mayo del 2008 pasará a ser de 160TC  g/m3
. Para muchas minas, el límite de
400TC  g/m3
ha implicado el uso de maquinas más “limpias”, usando cabinas con aire
acondicionado en las maquinas y equipos de respiración autónoma para los obreros que
trabajan fuera de las máquinas. El pasar a un límite de 160TC  g/m3
supondrá además de
estas medidas un incremento del caudal 3 o 4 veces superior al actual.
Filtro de partículas

133. VENTILACION DE MINAS
133 de 180
Pretendemos, de una manera práctica determinar el caudal necesario de manera que sea el
sistema de ventilación el encargado de asegurar el nivel de confort y seguridad a las
personas.
La concentración de partículas de carbón totales presente en las emisiones de una máquina
Diesel, TC se asumen como el 80% de la concentración de las partículas DPM, (Diesel
Particulate Matter). Las partículas totales de carbón las podemos dividir en orgánicas y en
elementales, de manera que la concentración de las elementales representa casi el 70% de
las totales. Por tanto, TC = EC x 1.3 = OC + EC, donde EC se refiere a las partículas de
carbón elementales y OC a las orgánicas.
Si la máquina Diesel tiene un convertidor catalítico, la eficiencia es generalmente del 20%.
Por otro lado, el filtro, tendrá una eficiencia del 85%.
Como análisis a la formulación anterior, si partimos de que todo tipo de máquina llevará
filtro y catalizador, mostraremos a continuación la variación de los ratios tipo “m3
/s/CV”,
en función de las emisiones de las partículas diesel para los dos límites a los que hemos
estado refiriéndonos, y que representaremos comparando el resultado con los ratio
prácticos que se utilizan en España generalmente 0.03 m3
/s/CV y 0.05 m3
/s/CV:
Para el cálculo del caudal necesario
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
[g/hp-hr] [g/hp-hr] [g/hp-hr] [g/hp-hr] [g/hp-hr] [g/hp-hr] [g/hp-hr] [g/hp-hr] [g/hp-hr]
AQ400TC (m³/s/CV) 0.0067 0.0133 0.0200 0.0266 0.0333 0.0400 0.0466 0.0533 0.0599
AQ160TC (m³/s/CV) 0.0167 0.0333 0.0500 0.0666 0.0833 0.0999 0.1166 0.1332 0.1499
Para el límite de 400TC  g/m3
, comparando los ratios para motores Diesel catalizados y
con filtros, se observa que 0.03 m3
/s/CV nos cubre el rango de emisiones de partículas de
hasta 0.5 g/HP-h, por lo que las máquinas que podríamos usar serán todas las que tengan
filtro y catalizador a excepción de las viejas de inyección directa.
El ratio 0.05 m3
/s/CV, prácticamente nos abarca todas la maquinas, incluidas las viejas de
inyección directa siempre que estén catalizadas y con un mantenimiento aceptable. Este
ratio se está utilizando para maquinas No catalizadas y SIN filtros, por lo que si bien, este
ratio sería suficiente para la dilución de los gases, no lo será para la dilución de las
partículas carbonosas, salvo en el caso de máquinas nuevas en muy buen estado y sin
catalizar. Esta situación no se daría, por otro lado, ya que todas las máquinas nuevas ya
vienen con filtro y catalizador.

134. VENTILACION DE MINAS
134 de 180
Para el límite de partículas 160TC  g/m3
la restricción será tan grande que limitará el
parque de maquinaría sólo a equipos nuevos de inyección directa y catalizados. Para ese
caso, 0.03 m3
/s/CV estará ya muy justo y solo será valido para las máquinas que estén en
muy buen estado, por lo que no tendrá sentido trabajar con máquinas NO catalizadas, y
cualquier otro tipo de maquina catalizada y con filtro de inyección indirecta necesitará un
caudal de aire superior. Como se puede ver en el gráfico anterior, 0.05 m3
/s/CV nos
abarcará sólo máquinas nuevas catalizadas. Si se utilizasen motores de inyección indirecta
catalizados y con filtro se necesitaría ratios de caudal del orden de 0.085 m3
/s/CV.
4.4 Dilución gases de la voladuras
Es preciso, en primer lugar, conocer la composición del tapón de humos formado
inmediatamente después de la voladura, para poder estudiar su evacuación mediante el
sistema de ventilación.
Los gases y vapores se expanden en la galería hasta detenerse bruscamente, formando un
tapón, cuya longitud inicial es importante estimar para determinar la concentración que en
él tienen los gases. La concentración máxima del tapón se presenta en el frente del mismo.
Al desplazarse el tapón por el túnel o la galería su longitud aumenta y su concentración es
gases nocivos disminuye.
Para determinar el tiempo de dilución de los gases de voladura, se ha de tener en cuenta
una serie de conceptos:
1. Una vez formado el tapón de humos, puesto que la instalación de
ventilación está aportando aire limpio, se empieza a desplazar el tapón de
humos a medida que se va mezclando con el aire limpio. Tendremos, por
tanto, una concentración de gases tóxicos inicial en el tapón de humos y otra
final en el momento que el tapón llegue a la salida del túnel. Podemos
suponer que en el volumen del túnel tendremos una mezcla de los gases de
la voladura y del aire limpio aportado que es constante a lo largo de toda la
longitud, es decir, si la distancia a la que se encuentre el tapón de humos en
el túnel es de la mitad de la longitud del túnel, desde esa posición hasta el
frente de trabajo, la composición de los gases de la mezcla la suponemos
constante.
2. Cuando el tapón llegue finalmente a la salida del túnel, la mezcla tendrá una
concentración de gases tóxicos Gc(ppm), y que puede que sea superior a la
concentración admisible de gases tóxicos Ga(ppm). Por consiguiente, al
seguir aportando aire, la concentración de la mezcla seguirá disminuyendo
por lo que tendremos un tiempo de dilución adicional que hemos de tener en
cuenta.

135. VENTILACION DE MINAS
135 de 180
La longitud del tapón de humos viene dada por la expresión:
ADF
MK
L
A 

 , donde:
L = Longitud del tapón de humos [m]
K = 25. Constante de dispersión para los avances en túneles [-]
M = Masa de explosivos [kg]
FA = Avance por ciclo [m]
D = Densidad de la roca [t/m3
]
A = Área del frente de avance [m]
Este tapón de humos tendrá una composición de gases nocivos y que dependerán del tipo
de explosivo utilizado pero como “referencia” tenemos:
GAS
Gas producido/kg
explosivo [kg/kg]
Densidad del gas
(g/m3
)
Volumen de gas
producido /kg de
explosivo (m3
)
CO 0.0163 1.25 0.01304
CO2 0.1639 1.977 0.082903
NO2 0.0035 1.36 0.002574
De los gases nocivos que se van a encontrar en los productos de la voladura, los más
restrictivos será los NOx. El valor admisible para el NO2 oscila en un valor a 1.5 ppm.
Así, teniendo en cuenta que la relación NO2/NOx aceptada en túneles es de un 10% los
niveles admisibles de NOx que se puede considerar es de 15 ppm.
Para calcular la concentración de gas de la voladura en el túnel, se asume que dicho gas
ahora se mezcla con el aire limpio aportado ocupando finalmente todo el volumen del túnel.
6
10


túneldeVolumen
ExplosivosV
G GAS
TUNEL , donde:
GTUNEL= Concentración de gas en el túnel [ppm]
VGAS= Volumen de gas / kg explosivo [m3
]
Explosivos=Cantidad de explosivos utilizados en cada voladura [kg]
Volumen del túnel= [m3
]
En esta etapa vamos a asumir que la cantidad de aire que se está suministrando se mezcla
perfectamente con los gases del tapón. Por tanto, podemos definir ahora el tiempo que
lleva producirse la mezcla, tmezcla:
][
][)(][
3
2
s
maportadoairedeCaudal
mtapónLongitudtunelLongitudmtúneldeArea
tmezcla


Una vez pasado el tiempo de la mezcla, pudiera ser que la concentración de gases nocivos
tenga valores superiores a los admisibles. Si así fuese, aún se necesita un tiempo adicional

136. VENTILACION DE MINAS
136 de 180
de dilución durante el cual el continuo aporte de aire bajará los valores de concentración de
los gases de las voladuras a los valores correctos.
Se define por tanto tiempo de dilución, tdilución, como:


















[ppm]
[ppm]
ln
][
][
][ 3
3
ADMISIBLE
TUNEL
dilución
G
G
s
maportadoairedeCaudal
mtúneldeVolumen
st
Por tanto, podemos decir que para un caudal dado, para llegar a una concentración de gases
admisible, se necesitará un tiempo de limpieza:
Tiempo de limpieza = Tiempo de mezcla + Tiempo de dilución.
Este será el tiempo máximo de espera para entrar al túnel después de la voladura y poder
encontrar valores admisibles de las concentraciones de los gases.
Se ha supuesto que en el primero de los tiempos se produce una mezcla perfecta de los
gases, cosa que no tiene por que ser del todo cierta.
Si no se produjese ningún tipo de mezcla, el aire limpio desplazaría al tapón de humos
hasta el final por lo que el tiempo de limpieza sería solamente el tiempo que hemos
calculado como tiempo de mezcla.
La realidad será una situación intermedia, por lo que podemos decir que el tiempo de
limpieza será finalmente:
Tiempo de mezcla < Tiempo de limpieza < (Tiempo de mezcla + Tiempo de dilución)

137. VENTILACION DE MINAS
137 de 180
5 PÉRDIDAS DE CARGA DE LA INSTALACIÓN
5.1 Naturaleza de las pérdidas de un circuito de ventilación secundaria
Las pérdidas de carga de un circuito de ventilación auxiliar pueden dividirse en pérdidas
por fricción, pérdidas singulares y pérdidas por presión dinámica:
Pérdidas por fricción
Las pérdidas por fricción son aquellas que se producen en los conductos de paso de aire
debido al rozamiento con las paredes de los mismos, así como al propio rozamiento entre
las partículas del fluido. Estas pérdidas se calculan a partir de la fórmula general de Darcy-
Weisbach, que expresada en términos de presión, tiene la forma siguiente:
2·D
u·ρ·L
·λP
H
2
f  (1)
donde:
∆Pf es la pérdida de carga del aire debida a fricción [Pa].
ρ es la densidad del aire [kg/m3
].
λ es el coeficiente adimensional de fricción del conducto.
L es la longitud del conducto en [m].
u es la velocidad del aire en el conducto [m/s].
DH es el diámetro hidráulico del conducto [m].
En un circuito de ventilación auxiliar, las pérdidas por fricción de importancia de cara al
diseño de la instalación son las de la tubería, siendo las de las galerías del túnel o mina
despreciables frente a estas (suponen en general menos de un 1% en relación a las de las
tuberías).
Las pérdidas singulares
Las pérdidas singulares son aquellas que se producen cuando el flujo de aire cambia de
dirección o el conducto cambia de sección. Estas pérdidas se calculan como un porcentaje
sobre la presión dinámica del fluido calculada en el punto singular:
2
uρ·
·P
2
sin  (2)
donde:
∆Psin es la pérdida de carga del aire [Pa].
ζ es el coeficiente de pérdida del elemento, obtenido experimentalmente.
el resto de parámetros ya han sido definidos.

138. VENTILACION DE MINAS
138 de 180
En un circuito de ventilación auxiliar, esto ocurre en elementos como codos, cambios de
diámetro de la tubería, puntos de bifurcación de la tubería, rejillas de protección de tubería
o ventilador, etc.
La única dificultad del cálculo de estas pérdidas está en usar una correcta estimación del
factor ζ. Es mucha la literatura, basada principalmente en ensayos experimentales, que se
ocupan de esta labor. Sin embargo, con el fin de proponer valores de referencia para las
geometrías más usuales que podemos encontrarnos en un circuito de ventilación secundaria,
pueden aceptarse los valores propuestos en la norma SIA 196 (1998), norma de referencia
a nivel mundial en cuanto a ventilación en fondo de saco se refiere.
Las geometrías de elementos singulares y valores recomendados para el factor ζ son las
siguientes:
 Ensanchamiento de la sección
Puede observarse en este caso como la pérdida disminuirá fuertemente si la diferencia de
sección disminuye.
 Estrechamiento de la sección
Al igual que en el caso anterior, si la diferencia de secciones es pequeña, el factor y por
tanto la pérdida de carga disminuirá.
 Codos de formados por círculos concéntricos
En
este
caso,
una disminución del radio de curvatura provocará un
brusco aumento del factor de pérdida, mientras que dicho factor varía proporcionalmente
con el ángulo del codo, siempre y cuando las condiciones de radio medio y diámetro de
conducto se mantengan.
2
1
A
A
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
ζ 1 0.7 0.4 0.2 01 0
2
1
A
A
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
ζ 0.6 0.45 0.3 0.2 0.1 0
D
rm
0.5 1 2 4 8
α = 90
ζ90 1.2 0.4 0.25 0.15 0.15
α ≠ 90 ζ = ζ90 · α / 90º

139. VENTILACION DE MINAS
139 de 180
 Codos formados por segmentos rectos
La tabla anterior es válida para segmentos de longitud al menos igual al diámetro de la
tubería. Las pérdidas de carga disminuirán cuanto más largos sean dichos segmentos.
 Derivaciones de caudal
La pérdida de carga en la parte recta del conducto es relativamente pequeña, mientras que
en la ramificación esta depende mucho del reparto de caudales y el ángulo de derivación
 Bifurcaciones
A1 = A2 = A3 ; α = 45 ; ζ = 0.5
D
rm
0.5 1 2
ζ3seg 1.3 0.5 0.25 (30º / seg.)
α = 90
ζ5seg 1.1 0.4 0.2 (18º / seg.)
α ≠ 90 ζ = ζ90 · α / 90º
2
1
Q
Q
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
α = 90
ζ12
ζ13
1
0.1
0.9
0.1
0.9
0.1
1
0.1
1.1
0.2
1.3
0.4
α = 45
ζ12
ζ13
0.9
0.1
0.7
0.1
0.5
0.1
0.3
0.1
0.3
0.2
0.3
0.4
α 10 30 45 60 90
A1= 2· A2
ζ 0.1 0.3 0.7 1 1.4

140. VENTILACION DE MINAS
140 de 180
 Juntas de caudal (tuberías aspirantes)
En este caso, los signos negativos en el factor de pérdida ζ significan que para un reparto
de caudal como el que se indica, la rama a que corresponde el factor negativo se beneficia
del efecto de succión provocado por la otra rama, que aporta un caudal mucho mayor.
 Rejillas de protección.
Las pérdidas de carga debidas a una rejilla dependen fundamentalmente de la sección neta
de la misma.
Definimos el factor a’ como:
100·
talseccion to
netaseccion
a' 
En función de este factor se proponen los valores de ζ dados en la siguiente tabla:
Las rejillas usualmente usadas para protección de las instalaciones en ventilación
secundaria suelen tener un 90% o más de factor a’, por lo que son frecuentes factores de
0.5 o inferiores.
Hemos de tener en cuenta en este caso, que al calcular la pérdida de carga según (2), la
velocidad del aire será considerada sobre la sección total.
 Orificios de entrada
Los orificios de entrada a conductos también tienen una pérdida de carga.
Si la entrada de aire al conducto es a través del ventilador, como es el caso de sistemas con
tubería soplante, suelen instalarse toberas de admisión para minimizar esta pérdida. En
cualquier caso, esta pérdida puede considerarse como parte de la provocada por el
ventilador, y normalmente será proporcionada por el fabricante una vez conocidas las
condiciones de trabajo (presión, caudal, etc).
2
1
Q
Q
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
α = 90
ζ12
ζ13
-1.2
0.1
-0.4
0.2
0.1
0.3
0.5
0.4
0.7
0.5
0.9
0.6
α = 45
ζ12
ζ13
-0.9
0.1
-0.4
0.2
0
0.2
0.2
0.1
0.4
-0.2
0.4
-0.6
a’ (%) 30 40 60 80 90 95
ζ 8 4 2 1 0.5 0.2

141. VENTILACION DE MINAS
141 de 180
Si la entrada de aire al conducto se produce directamente por la tubería, como es el caso de
sistemas con tubería aspirante, hemos de tener en cuenta dicha pérdida de carga, debida a
que la fuerza de succión proveniente de la tubería provoca una distribución de velocidades
no homogénea en el exterior, como se aprecia en la figura siguiente.
En estos casos suele considerarse un factor ζ ≈ 0.9, que puede ser disminuido de forma
importante si se prepara un dispositivo de admisión adecuado (tipo tobera, etc)
Las pérdidas por presión dinámica
Al final del circuito, usualmente a la salida de la tubería (sistemas soplantes) o la salida del
ventilador (sistemas aspirantes) se ha de tener en cuenta la presión dinámica con la que el
aire sale, ya que ésta es una pérdida más. Estas pérdidas no tienen mayor complicación y se
calculan por la fórmula general de la presión dinámica:
2
uρ·
P
2
din  (3)
donde todos los parámetros ya han sido definidos.
5.2 Metodología general para el cálculo de pérdidas de carga.
Problemática de las condiciones reales. Factor de fugas de una tubería.
La ecuación de Darcy-Weisbach tiene un problema fundamental cuando el fluido es aire y
se aplica en una tubería real: las fugas.
Estas fugas, inicialmente, dependen de las propias características de la tubería, pero ha de
tenerse en cuenta que estas tuberías están instaladas en un sistema dinámico, es decir, al
mismo tiempo que se aporta aire están trabajando en el frente, por lo que es muy frecuente
que las tuberías se vean deterioradas con el paso del tiempo. De cómo detectar problemas
de fugas masivas debidas al deterioro de la tubería por la maquinaria o método de trabajo
hablaremos más adelante. No obstante, y de cara al cálculo de las pérdidas de carga en la
tubería, cabe modelizar las fugas en este apartado.
Al producirse las fugas en una tubería se reduce el caudal que pasa por el mismo, y por
tanto la velocidad “u” de paso del aire. Por tanto, según la fórmula de Darcy-Weisbach se
producen variaciones diferenciales de presión. Esto nos lleva a que dicha fórmula no es

142. VENTILACION DE MINAS
142 de 180
aplicable para una tubería en su conjunto, sino que debe ser tratada en elementos
diferenciales considerando una ley de fugas que tenga en cuenta dichas condiciones.
Se define como área relativa de fugas Ar a la relación entre la superficie geométrica de
fugas y la superficie de perímetro de conducto [m2
/m2
].
Pero de cara a una caracterización de la tubería, no sólo se ha de tener en cuenta esta
relación de áreas. Al paso del aire por estos agujeros se produce una pérdida singular, con
su factor ξ correspondiente. Por tanto, el parámetro que nos interesa es la denominada
superficie de fuga activa o área específica de fuga f* [mm2
/m2
], definida como:
6r
10·
1
A
*f


Normalmente se expresa en mm2
de fugas por m2
de tubería [mm2
/m2
].
Factor de fricción 
Superficie de fuga activa

λ = 0.015 [-]
Excelente
Clase S
λ = 0.020 [-]
Muy buena
Clase A
λ = 0.025 [-]
Buena
Clase B
λ =0.030 [-]
Normal
Clase C
λ = 0.035 [-]
Mala
Clase D
f* = 5 mm2
/m2
Clase 0
Clase S-0
Excelente
Clase A-0 Clase B-0 Clase C-0 Clase D-0
f* = 10 mm2
/m2
Clase 1
Clase S-1 Clase A-1
Muy buena
Clase B-1 Clase C-1 Clase D-1
f* = 20 mm2
/m2
Clase 2
Clase S-2 Clase A-2 Clase B-2
Buena
Clase C-2 Clase D-2
f* = 40 mm2
/m2
Clase 3
Clase S-3 Clase A-3 Clase B-3 Clase C-3
Normal
Clase D-3
f* = 60 mm2
/m2
Clase 4
Clase S-4 Clase A-4 Clase B-4 Clase C-4 Clase D-4
Mala
Este parámetro junto con el coeficiente de rozamiento λ nos sirve para caracterizar las
tuberías.
Una clasificación frecuente es la que se muestra en la tabla anterior, que recopila los
valores de λ (MVS 1992) y f* (Le Roux 1986) más ampliamente usados a nivel mundial.
Se consideran tuberías o conductos de la clase S-0 (excelentes) a los que son nuevos, y
tienen una longitud entre juntas superior a 100 metros. Aunque en principio muchos tipos
de tubería podrían cumplir estos requisitos, de cara al diseño de una instalación de
ventilación secundaria, sólo se considerarán de la clase S-0 los de túneles excavados
mediante TBM, ya que se entiende que no existen razones para un deterioro puntual de las
mismas.
Los conductos de la clase A-1 (muy buenos) son conductos que si bien reúnen las
condiciones para ser S-0, existe el riesgo evidente de que puedan deteriorarse en el
transcurso de la obra, por motivos como paso de maquinaria.
Las tuberías de la clase B-2 (buenos) son aquellas que si bien reúnen condiciones para ser
S-0, existe la certeza de que van a ser deterioradas en la fase de excavación, por ejemplo,
cuando se planea el uso de explosivos en el avance.

143. VENTILACION DE MINAS
143 de 180
Se consideran conductos clase C-3 (normales) a los conductos que llevan en servicio un
cierto tiempo, reutilizados, y con alguna fuga visible a lo largo del mismo.
Por último, son conductos de la clase D-1 (malos) los que tienen muchas fugas visibles a
los largo de los mismos.
A pesar de las consideraciones anteriores, cada caso particular debe ser analizado
cuidadosamente. En ocasiones, pese a que la excavación del túnel sea con TBM, puede que
se realicen labores auxiliares con explosivos. Esto suele ser frecuente cuando tenemos dos
túneles paralelos y entre ambos se proyectan galerías de comunicación para emergencia.
En estos casos la experiencia dice que pueden producirse agujeros en la tubería en las
cercanías de estas galerías de emergencia, debido a los materiales proyectados por la
voladura.
Este tipo de cosas ha de tenerse muy en cuenta tanto en el diseño como en las labores de
mantenimiento, y por tanto, hacemos hincapié en que cada proyecto es diferente y debe ser
estudiado en profundidad. No obstante, la experiencia dice que la clasificación anterior, si
es usada considerando las particularidades del proyecto, es una buena aproximación a la
realidad.
Ecuaciones de base y algoritmo de cálculo
Teniendo en cuenta las consideraciones hechas en el apartado anterior, vamos a plantear un
método de cálculo a partir del cual se puedan calcular de la forma más exacta posible las
pérdidas de carga de un circuito de ventilación en fondo de saco.
Para ello, vamos a modelizar un elemento diferencial de tubería en el que nos basaremos
para el desarrollo del algoritmo de cálculo propuesto.
Elemento diferencial de tubería
donde
A es la sección del elemento diferencial [m2
]
D es el diámetro del elemento diferencial [m]
P es la presión existente inicialmente en el elemento [Pa]
∆P es la variación de presión existente en el elemento [Pa]
x es la longitud al inicio del elemento [m]
∆x es la longitud del elemento [m]
u es la velocidad de flujo a través de la sección A [m/s]
v es la componente de la velocidad perpendicular al eje del conducto (causante de
las fugas) [m/s]

144. VENTILACION DE MINAS
144 de 180
A partir de esta figura podemos obtener una ley de fugas razonando de forma lógica: La
cantidad de aire fugado dependerá fuertemente de la diferencia de presión P – P0, donde
P0 es la presión dinámica de salida del aire fugado. La velocidad “v” de aire fugado a
través de los orificios de la tubería puede calcularse por medio de la variación de presión a
través de los mismos, si tenemos en cuenta como hemos visto, el orificio se comporta
como una pérdida singular de factor de pérdida ξ .
0P)P-(PP orificio0fuera-dentro 
0orificio PP-P 
2
vρ·
2
v·ρ
-P
22

 1ρ
P·2
v

 (4)
A medida que avanzamos hacia el final de la tubería, la presión P es menor, y por tanto “v”
y consecuentemente el caudal de fugado también será cada vez menor. Por tanto, es
interesante poner énfasis en reducir las fugas en las cercanías del ventilador
Conocida la velocidad v del aire fugado, y estableciendo un balance de masas en el
elemento diferencial de tubería de la figura, tenemos que:
fugadocaudalm 
)ρ·(1
2·p
·x)·A·D·(·ρm r




)ρ·(1
2·p
·x)·A·D·(·ρu·
4
·D
ρ r
2










ρ
2·p
·
10
*f
·x)·D·(u·
4
·D
6
2








ρ
2·p
·
10·D
*f·4
x
u
6 








(5)

145. VENTILACION DE MINAS
145 de 180
Si escribimos la ecuación de Darcy-Weisbach (1) de acuerdo a nuestro elemento
diferencial de tubería, tenemos que:
2·D
u·ρ
·λ
x
P
H
2



(6)
Las ecuaciones (5) y (6) representan las ecuaciones de base para el cálculo de las pérdidas
de carga en una tubería. Se trata de un sistema de ecuaciones diferenciales para el que
existen soluciones analíticas. Sin embargo, en los tiempos modernos, parece lógico
resolver el problema de forma numérica, es decir, planteando un algoritmo iterativo de
modo que pueda ser programado y resuelto por un ordenador.
Para empezar, conviene expresar las ecuaciones (5) y (6) en términos de caudal, teniendo
en cuenta que la velocidad u es igual al caudal Q dividido entre la sección de la tubería,
supuesta redonda. Por tanto:
x
ρ
2·p
·
10
D··*f
Q 6








(7)
x·
·D
Q·ρ
λ·8P 52
2


(8)
La ecuación (7) cuantifica las fugas producidas en el elemento diferencial de tubería,
mientras que la ecuación (8) particulariza la ecuación de Darcy-Weisbach para una tubería
redonda.
Con esto, el algoritmo de cálculo sería como sigue:
1. División de la tubería en un número “n” de elementos diferenciales (tramos de un metro
son más que suficientes para nuestros propósitos)
2. Presiones y caudales iniciales a considerar.
P0: Será la presión de partida de la tubería. En tuberías soplantes, es igual a la presión
dinámica (3) de salida de la tubería más la pérdida de los elementos singulares que puedan
estar a la salida de la tubería, como pueden ser un cassette en caso de tuneladoras, etc. En
tuberías aspirantes, será la pérdida debida a la singularidad de entrada en la tubería.
Q0: Será el caudal a aportar o extraer en el frente, calculado como se indica en el apartado
dedicado a tal fin.
3. Iteración
0(x) Pp 
x
ρ
2·p
·
10
D··*f
Q
(x)
6









146. VENTILACION DE MINAS
146 de 180
QQQ (x)1)(x 
x·
·D
Q·ρ
λ·8P 52
2
1)(x



)singular(x(x)1)(x PPPp 
Así continuaríamos hasta completar la longitud total de la tubería, es decir, cuando x sea
igual a “n · ∆x”.
Usar un método iterativo para resolver el sistema nos permite conocer que está pasando en
cada parte de la tubería, así como considerar las pérdidas por elementos singulares en el
lugar que corresponde, algo que es imposible de conseguir si utilizamos las soluciones a
las ecuaciones diferenciales de base, ya que desconoceríamos la velocidad de aire que hay
en el punto de la singularidad.
Además, este método nos permite dar diferentes propiedades a los distintos elementos de la
tubería, pudiendo así realizar una mejor simulación de las fugas puntuales por grandes
agujeros, las variaciones de diámetro, o cualesquiera otras propiedades de la tubería,
dándonos en definitiva las herramientas para un mejor entendimiento del sistema.
Análisis de los parámetros que intervienen en el cálculo. Puntos sensibles.
Para lograr el mejor diseño y la optimización de los equipos en una instalación de
ventilación secundaria, es necesario conocer los parámetros que intervienen en el cálculo
así como su influencia en la selección de los equipos adecuados.
A modo de ejemplo, podemos imaginarnos un frente de 1000 metros de longitud, con
sistema soplante, y vamos a plantearnos el problema de elegir la tubería adecuada,
atendiendo a criterios estrictamente de cálculo, es decir, teniendo en cuenta las variables
que influyen en el cálculo de pérdidas de carga.
Como hemos visto podemos estimar los valores de λ y f* en función del tipo de excavación,
por lo que a priori estos son factores sobre los que difícilmente podemos incidir (solo
podríamos poner empeño en el mejor mantenimiento posible de la tubería).
Consideraremos en este ejemplo una tubería de clase A-1, es decir un λ=0.02 y un f* de 10
mm2
/m2
.
Por otro lado, el caudal a poner en el frente vendrá determinado por otros criterios, y pese a
que hay una cierta flexibilidad, consideraremos a efectos de este ejemplo que es
inamovible y de un valor por ejemplo de 20 m3
/s.
Si realizamos el cálculo de las pérdidas de carga del circuito para diferentes diámetros de
tubería, podemos llegar a resultados esclarecedores. Podemos calcular la potencia
necesaria en el ventilador como:
·1000η
Q·P
Potencia 

147. VENTILACION DE MINAS
147 de 180
donde
P es la presión total del sistema [Pa]
Q es el caudal obtenido en el ventilador [m3/s]
η es el rendimiento aeráulico del ventilador, que estimaremos en un 75%
para este ejemplo.
Si representamos en una gráfica la potencia de ventilador necesaria frente al diámetro de
tubería utilizada, puede apreciarse cuán importante es la elección del diámetro adecuado.
Observando la gráfica, vemos que hay un intervalo de diámetros que no parecen lógicos
para estas condiciones de frente, y sin embargo, a partir de diámetros de 1200mm y
mayores, las variaciones de potencia son mucho menores. A partir de este momento, la
elección del diámetro de tubería a utilizar vendrá dada por alguno de los siguientes
criterios:
 La relación coste del kw de ventilador instalado frente al coste de la tubería.
 El gálibo libre necesario para el paso de la maquinaria que va a trabajar en
el túnel.
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
800,00
900,00
1.000,00
800 900 1 000 1 100 1 200 1 300 1 400 1 500 1 600
Diámetro de tubería (mm)
Potencia(kW)
Evolución potencia instalada-diámetro de tubería para instalación con una sola línea de
ventilación
En el caso de que el gálibo necesario para paso de maquinaria nos obligue a ir a diámetros
pequeños, y a priori inadecuados para la instalación existente, puede adoptarse la solución
de usar dos líneas independientes de ventilación, de forma que cada una de ellas ponga tan
sólo la mitad del caudal necesario en el frente.
Esto tiene la desventaja de que duplicamos equipos, pero la pérdida la pérdida de carga es
menor y por tanto en general la potencia instalada es más baja.

148. VENTILACION DE MINAS
148 de 180
0
50
100
150
200
250
800 900 1 000 1 100 1 200 1 300 1 400
Diámetro de tubería (mm)
Potencia(kW)
Evolución potencia instalada-diámetro de tubería para instalación con dos líneas de
ventilación independientes
Como se desprende del análisis de la gráfica anterior, no tendría sentido usar dos líneas
para diámetros relativamente grandes, ya que el ahorro de potencia es relativamente poco
en comparación con el coste de duplicar la instalación. Además, hay que tener presente que
la razón fundamental de esta variante es el conseguir gálibo suficiente, luego lo lógico
sería usar este sistema, cuando sea necesario, con los diámetros más pequeños posibles.
Cuando las secciones del túnel son de tipo cuadrado, el sistema de dos líneas es
extremadamente útil, ya que ocuparía relativamente el mismo espacio instalar una línea o
dos. En caso de secciones clásicas en D o en herradura, es más complicado, y aunque es
igualmente posible, la instalación de dos líneas nos reduce al mismo tiempo el gálibo
efectivo.

149. VENTILACION DE MINAS
149 de 180
6 REGLAS DE ORO DE LA VENTILACIÓN
6.1 Importancia del diámetro en la elección del ventilador
El diámetro suele estar limitado por el gálibo de la galería o del túnel, sobre todo cuando su
sección ha quedado reducida por su convergencia, (caso de minas de carbón) o por el paso
de maquinaria de grandes dimensiones a través de los túneles.
Hay que definir siempre el diámetro máximo posible, y procurar utilizarlo ya que las
ventajas de utilizar diámetros mayores, implica directamente un ahorro en consumo
eléctrico inmediato, además de necesitar ventiladores de menor capacidad y de reducir el
caudal de fugas, puesto que estos parámetros dependen directamente de la presión del
sistema.
En caso de que no haya espacio disponible para una tubería de un diámetro concreto,
podría estudiarse la posibilidad de elegir dos tubos con un menor diámetro. Hay fabricantes
que ofrecen configuraciones de tubería en este sentido, con tuberías ovaladas, dos tuberías
tangentes con sustentación común, tuberías “oval lay flat”, etc.
La elección del tipo de tubería es esencial. Existen proyectos de ventilación en los que se
ha ahorrado entre un 2% y un 3% del costo del sistema de ventilación, y que finalmente,
por la falta de calidad de la tubería se ha tenido que suspender las labores de avance. Esto
finalmente ha tenido un costo muy superior al ahorro inicial.
6.2 Importancia del uso del variador de frecuencia
En los ventiladores que ventilan fondos de saco de gran longitud, es muy recomendable el
uso de variadores de frecuencia. En túneles muy largos el caudal que pasa por el ventilador
es sensiblemente mayor que el requerido en el frente, debido a las mencionadas fugas. A
igualdad de condiciones de tubería, estas fugas será mayores cuanto menor sea el diámetro
de la tubería, debido a que las presiones de trabajo son muy superiores. Cuando se está en
una fase inicial de trabajo, la longitud de tubería no será muy grande por lo que la
resistencia aeráulica de la instalación será más baja. Como consecuencia, el ventilador
entregará mucho más aire que el necesario, que el diseño, pudiendo incluso, en ciertos
casos ser un inconveniente.
Puesto que el caudal que moviliza un ventilador es proporcional a la velocidad de rotación
del motor, podemos ajustando dicha velocidad entregar en el frente de trabajo el caudal
que queramos para todas las longitudes parciales de avance que tengamos en nuestro túnel.
Como es lógico al principio de obra no será necesario que el ventilador funcione a pleno
rendimiento y con el variador lograremos optimizar la velocidad de dicho ventilador, con
el consiguiente ahorro energético. Este ahorro de energía compensa con creces la
inversión de instalar un variador de frecuencia.

150. VENTILACION DE MINAS
150 de 180
velocidad Potencia
[%] [%]
0 0
10 0.1
20 0.8
30 2.7
40 6.4
50 12.5
60 21.6
70 34.3
80 51.2
90 72.9
100 100
Potencia Absorbida =
motorventilador
PQ
 

1000
00
(KW)
Suponemos que la velocidad nominal del motor es n0. Analizaremos la repercusión de
utilizar el ventilador a otra velocidad n1, tal que: 01 nn 
La relación de las presiones y de los caudales respecto a la variación de velocidad es:
0
2
0
1
1 P
n
n
P 






0
0
1
1 Q
n
n
Q 






Potencia aeráulica = 11 PQ  (W) =
1000
00
3
0
1 PQ
n
n 






Potencia en el eje (1) =
ventilador
PQ
n
n










1000
00
3
0
1
=
3
0
1








n
n
Potencia en el eje (0)
Potencia Absorbida (1) =
motorventilador
PQ
n
n
 









1000
00
3
0
1
=
3
0
1








n
n
Potencia Absorbida (0)
De esta forma podemos deducir que:
- Si para el 100% de la velocidad del motor tenemos el consumo del 100% de la potencia
en el eje, con sólo bajar un 10% la velocidad, lo que implica bajar un 10% el caudal de aire,
estamos consumiendo menos del 73% de la energía, ahorrando más del 27%.
-Si la reducción de caudal es del 50%, estamos consumiendo el 12.5% de la energía,
ahorrando el 87.5% de la potencia en el eje.
Potencia [%] vs Velocidad [%]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
velocidad [%]
Potencia[%]

151. VENTILACION DE MINAS
151 de 180
Por todo esto, es recomendable el uso del variador de frecuencia en este tipo de
instalaciones, ya que al principio de las obras al no tener mucha longitud de tubería
instalada, la resistencia del circuito es muy inferior a la resistencia para la que se diseñó el
ventilador, por lo que se estará entregando mucho más aire que el que se necesita, incluso
llegando a ser molesto. Mediante el uso del variador, ajustamos el caudal del ventilador al
caudal de diseño independientemente de la longitud que se tenga de tubería, por lo que con
esta regulación se está ahorrando energía.
6.3 Importancia del número de juntas de la tubería
A mayor longitud de cada tramo de tubería, menor número de juntas, menor caudal de
fugas, por tanto menor presión necesaria en el ventilador, menor capacidad del ventilador.
Por otro lado, la unión entre tramos de tubería ha de ser diseñadas para minimizar las fugas,
compatibles con la duración de la instalación.
Este punto es mucho más importante en tuberías flexibles reforzadas ya que debido a su
manejo los tramos de tubería son más cortos, por lo que tendrá muchas más juntas que una
tubería flexible lisa.

152. VENTILACION DE MINAS
152 de 180
7 DISPOSICION DE LA VENTILACIÓN SECUNDARIA EN EL ENTORNO
7.1 Posición relativa respecto a la ventilación principal
Para el caso de la minería, en la posición desde la
que se realiza la toma de aire para la ventilación
secundaria, el caudal de aire de ventilación principal
que circula debe ser al menos 1,3 veces mayor que
el caudal que moviliza el ventilador secundario.
Con esto se trata de evitar que no se recircule de
nuevo parte del aire viciado.
Algo parecido ocurre en túneles en los que el
ventilador está muy próximo a la boca de entrada y
en donde si la velocidad de salida del aire viciado
en importante, parte es aspirado por el ventilador.
7.2 Gálibos máximos
En lo que se refiere a este punto hacer hincapié en que el hecho de ir al diámetro de tubería
mayor posible implicará siempre menor presión en el ventilador, y por tanto, menor
cantidad de aire fugado en la instalación, reduciéndose drásticamente la potencia del
ventilador. La limitación viene dada generalmente por espacio que queda libre en el túnel
entre los hastiales y techo y los vehículos que circulan por él.
Es importante tener en cuenta este factor ya que si no respetamos este gálibo, la tubería
estará deteriorándose continuamente al paso de los vehículos.
7.3 Tuberías especiales Oval Lay flat / TWIN
Cuando se tiene problemas de gálibo con la tubería y para el caudal que se necesita se
necesita un diámetro más grande, una solución que se adopta es la de utilizar una tubería
oval o dos tuberías más pequeñas en paralelo.

153. VENTILACION DE MINAS
153 de 180
La solución de utilizar tubería ovalada, ha de
estudiarse muy bien ya que para la misma sección de
área libre de la tubería que otra circular, ésta tiene
más resistencia, si es que lleva membrana separadora.
Por otro lado, si se utiliza para caudales importantes
generando presiones altas, la tubería sufre en los
nervios de unión, por lo que puede acabar rompiendo,
sobre todo en los arranques.
7.4 Instalación de tubería usada
Se procurará que la tubería esté en las mejores condiciones posibles, sobre todo se deben
colocar los tramos de tubería en mejor estado y de mayor longitud lo más cerca del
ventilador, puesto que de esta manera al tener un orificio equivalente de fugas más bajo, el
caudal fugado será menor que si está en peor estado, ya que precisamente cuanto más cerca
del ventilador se esté, más depresión soportan los tramos.
En caso de que la tubería se deteriore mucho durante las voladuras, de manera que dificulte
el aporte de aire al frente de trabajo, debido a las proyecciones que se producen, se
recomienda usar tubería de sacrificio, de manera que cuando con esta se avance la longitud
de un tramo de tubería principal, se sustituye la de sacrificio por una en buenas condiciones,
avanzando también a su vez la tubería de sacrificio un tramo más para así poder continuar
excavando sin deteriorar la línea principal.

154. VENTILACION DE MINAS
154 de 180
8 CONTROL Y SEGUIMIENTO DE LA VENTILACIÓN SECUNDARIA
8.1 Sistemática de control
A medida que se va desarrollando los trabajos de avance de un túnel o de una galería, el
conducto de ventilación va paulatinamente deteriorándose. Al principio, se tiene menos
longitud de tubería, por lo que la presión que se ejerce sobre el conducto es menor, y
además la tubería, si no es reutilizada
estará en muy buenas condiciones. Con
el incremento de tubería paro poder
llevar el aire al frente de trabajo, que
cada vez estará más lejos del ventilador,
también aparecen daños en el conductos
debido a proyecciones de voladuras,
roturas por el paso de maquinaria, etc.
Estos daños, finalmente, se traducen a
fugas de aire que no llegará al frente de
trabajo, y puesto que la presión en la
tubería irá aumentando, ya que también
aumentará continuamente la longitud, las
fugas se incrementarán.
Será necesario para un correcto control de la instalación, establecer una metodología de
control y seguimiento de la evolución de la instalación. El tipo y la velocidad de avance de
la obra determinarán la frecuencia necesaria de tales inspecciones.
Se debe, por tanto, establecer un control visual por parte de los encargados de la
instalación, con el fin de que se actué lo más rápidamente sobre anomalías como:
 Roturas en la tubería.
 Mal estado de uniones y acoples de tubería.
 Curvas y enredos en la tubería
 Suspensiones defectuosas
 Mal estado del cable fiador o cuerda de suspensión
 Mal funcionamiento de los ventiladores.
 Distancias apropiadas de la tubería de ventilación respecto al frente de avance y
solapes en caso de ventilaciones mixtas.
Todos los agujeros y defectos del conducto deben repararse cuanto antes. Un agujero se
reparará más fácilmente soldando un parche mediante la soldadora de aire caliente,
mientras el conducto está suspendido y con la instalación de ventilación en funcionamiento.
Si el agujero tiende a aumentar, hay que coserlo primero con pequeños pedazos de tela o
hilo. Conviene tener un kit reparador de tubería de ventilación siempre a mano con el fin
de optimizar y no demorar esta tarea.

155. VENTILACION DE MINAS
155 de 180
A
B
C
Igualmente, con el objetivo de establecer un control sobre el caudal en el sentido de
mantener las condiciones de confort adecuadas:
 Control de caudal en el frente de avance.
 Control de caudal a la salida del ventilador.
 Análisis del caudal en el ventilador frente al caudal aportado por la ventilación
principal.
8.2 Medidas de velocidad de aire
La velocidad del aire puede medirse en las galerías o directamente en las tuberías de
ventilación secundaria. Los dispositivos a utilizar para la medición de velocidad. A
continuación vamos a explicar la forma más adecuada de realizar las medidas.
Tubo de Pitot
Existen varios modelos de tubos de Pitot, con boquillas
de diferentes diámetros en función del diámetro del
conducto donde se va a realizar la medición:
Para la medición con el tubo de Pitot se utilizará el
método polar simplificado. Este método consiste, de
forma resumida, en seleccionar una sección transversal
del conducto y medir en tres puntos (A, B y C) situados
en un radio de dicha sección.
Estos puntos se encuentran localizados en la intersección del radio de medición con las
circunferencias medias de 3 anillos, de igual área, de acuerdo con la figura siguiente
Para calcular la distancia a la que se encuentran estos puntos, se utilizarán las siguientes
fórmulas:
2
3RSc  
3
S
S c
m 

m
ii
S
RR  
2
1
2
1
 ii
i
RR
r
Donde:
RC: radio del conducto, en m.
SC: sección transversal del conducto, en m2
.
Sm: sección de cada anillo, en m2
.
Ri: radio de la circunferencia exterior que delimita un anillo, en m.
ri: radio de la circunferencia central de cada anillo, en m.
Una vez calculadas las distancias a las que debe introducirse el tubo de Pitot, se procede a
medir en cada punto de medición (A, B y C). Para cada punto se obtiene y se anotan los

156. VENTILACION DE MINAS
156 de 180
datos de la presión estática, dinámica y total, junto con los datos de las condiciones
ambientales (temperatura y presión manométrica), diámetro y tipo de tubería, etc.
Para diámetro grandes de tubería y en caso de requerir una gran precisión, se utiliza mayor
numero de medidas en punto de medición, en ese caso podemos tener 6, 8 o 10 posiciones
para cada diámetro de medida. Las posiciones en cada diámetro serán:
Número de puntos para un diámetro de
conducto D
Posición
diametral
6 puntos 8 puntos 10 puntos
P1 0.032×D 0.021×D 0.019×D
P2 0.135×D 0.117×D 0.077×D
P3 0.321×D 0.184×D 0.153×D
P4 0.679×D 0.345×D 0.217×D
P5 0.865×D 0.655×D 0.361×D
P6 0.968×D 0.816×D 0.639×D
P7 0.883×D 0.783×D
P8 0.979×D 0.847×D
P9 0.923×D
P10 0.981×D
También hemos de elegir el número de diámetros de medición. Si se necesita medir con
gran precisión se ha de elegir más de un diámetro, Como mucho 3 o 4, sobre todo para
medicines donde hay una gran torsión en el flujo.
1 1
2
1
3
2
4
1
2
3
Diferente número de diámetros para medición

157. VENTILACION DE MINAS
157 de 180
ACCIONAMIENTO Y CONTROL DEL VENTILADOR

158. VENTILACION DE MINAS
158 de 180
1 INTRODUCCION
Los ventiladores para su funcionamiento necesitan ser accionados mediante motores,
generalmente eléctricos de corriente alterna. Para gestionar el arranque y control de los
mismos, utilizamos los armarios eléctricos que, básicamente, constarán de un armario de
fuerza, donde tendremos el sistema de arranque de motor y de un armario de control y
mando, desde donde gestionamos las señales de las protecciones del motor (sondas de
temperaturas, acelerómetros, etc.) así como la protección de bombeo. Adicionalmente, en
el armario de control, podemos monitorizar valores de importancia para la gestión de los
ventiladores como son los valores de presión y caudal, temperaturas de los rodamientos,
valores de vibración, etc., en cada momento.
La conexión eléctrica debe ser realizada por personal eléctrico cualificado de acuerdo a la
normativa regulada en cada país. Al respecto se deben tener en cuenta las prescripciones
técnicas e instrucciones de seguridad del fabricante de los equipamientos eléctricos.
Los equipos de ventilación son suministrados con cajas de bornas de conexión sobre el
motor o sobre su carcasa exterior. La alimentación eléctrica debe ser suministrada por
medio de dichas cajas de bornas. Es preferible tener un interruptor cerca del ventilador y
tener un interruptor de marcha lejos del equipo de ventilación. Los dos interruptores
permiten tener un control seguro sobre el ventilador y suministran un medio seguro durante
su mantenimiento.
La longitud del cable debe ser suficiente para permitir cierta flexibilidad al equipo de
ventilación durante su funcionamiento debido a las diferentes vibraciones producidas. Si el
equipo de ventilación ha sido almacenado, la resistencia de los devanados de tierra debe
ser medida. Si cualquier medida es inferior a diez megohmios, el motor deberá ser secado
y comprobado antes de su conexión.
Si se utiliza un variador de frecuencia para controlar la velocidad de rotación u otro
equipamiento similar, éste debe mantener al equipo de ventilación dentro de los límites de
seguridad. Hay que prestar especial atención a que el ventilador esté concebido para poder
ser accionado mediante un variador de frecuencia. El fabricante de los equipos debe ser
consultado para verificación si el equipo suministrado puede trabajar bajo la acción de un
variador de frecuencia u otro equipo de regulación de velocidad.
Los equipos de ventilación montados con una caja de bornas, deben tener la entrada de la
alimentación por alguna de las caras de la misma. Aquellos agujeros que no se usen para
tal fin, deben ser sellados con tapones para evitar la entrada de agua.
En el caso de utilizar prensaestopas para el paso del cable hacia la caja de bornas, estos
deben ser dimensionados conforme el diámetro del cable utilizado y deben asegurar un
correcto aislamiento ante agua y agentes externos.

159. VENTILACION DE MINAS
159 de 180
2 MOTOR
Los principales elementos de un motor de inducción
en jaula son el estator y el núcleo del rotor (un
conjunto de láminas de hierro), un bobinado aislado
del estator y los conductores del rotor formados por
una jaula de aluminio dentro del núcleo del rotor. En
todos los motores de inducción cerrados como el
mostrado en la figura, la ventilación se realiza
mediante un ventilador montado en el eje que hace
circular el aire por el armazón, enfriando así sus
superficies externas.
La potencia estimada de un motor es la potencia en el eje, es decir, la potencia mecánica
útil que puede proporcionar para hacer girar a la carga. Pero como el motor tiene pérdidas,
la potencia obtenida por el motor a plena carga será mayor que la estimada en el eje.
Arrancar y desconectar los motores con
mucha frecuencia puede ser una forma
sencilla de ahorro de energía, pero arranques
frecuentes incrementan el desgaste en
correas de transmisión y en rodamientos,
mientras que los sobrecalentamientos
debido a las elevadas corrientes de arranque
pueden acortar la vida del sistema de
aislamiento del motor.

160. VENTILACION DE MINAS
160 de 180
Si la frecuencia de arranque no se conociese cuando el controlador está instalado, se
recomienda que el sistema esté controlado con extremo cuidado durante el período inicial
de operación para asegurar que la frecuencia de arranque está dentro de las
especificaciones del fabricante. Los motores más grandes tienen límites menores de
frecuencias de arranque.
Es importante recordar que es la carga la que determina cuánta potencia entrega el motor.
El tamaño del motor no indica necesariamente la potencia que va a entregar. Por ejemplo,
un ventilador que requiere 15 kW podría manejarse con un motor de 15 kW (en caso de
que pudiesen acoplarse). También podría moverse con un motor de 55 kW, y aunque
podría funcionar, no sería muy eficaz.
3 PROTECCIONES Y MONITOREO
Siendo el motor una máquina robusta y de construcción simple, su vida útil depende casi
exclusivamente de la vida útil del aislamiento de los bobinados. Esta es afectada por
muchos factores como humedad, vibraciones, ambientes corrosivos y otros. Entre todos los
factores, el más importante es, sin duda, la temperatura de trabajo de los materiales
aislantes empleados. Un aumento de 8 a 10 grados en la temperatura del aislante reduce su
vida útil a la mitad.
Todos los equipos pueden sufrir accidentes:
De origen eléctrico:
– sobretensión, caída de tensión, desequilibrio o ausencia de fases que
provocan un aumento de la corriente absorbida,
– cortocircuitos cuya intensidad puede superar el poder de corte del
contactor.
De origen mecánico:
– calado del rotor, sobrecarga momentánea o prolongada que provocan un
aumento de la corriente que absorbe el motor, haciendo que los bobinados
se calienten peligrosamente.
Con el fin de que dichos accidentes no dañen los componentes ni perturben la red de
alimentación, todos los arrancadores deben incluir obligatoriamente:
 Protección contra los cortocircuitos, para detectar y cortar lo antes posible las
corrientes anómalas superiores a 10 In,
 Protección contra las sobrecargas, para detectar los aumentos de corriente hasta 10
In y cortar el arranque antes de que el recalentamiento del motor y de los
conductores dañe los aislantes.
 Si es necesario, se pueden añadir protecciones complementarias como el control de
fallos de aislamiento, de inversión de fases, de temperatura de los bobinados, etc.
La protección corresponde a:

161. VENTILACION DE MINAS
161 de 180
 Aparatos específicos: seccionadores portafusibles, disyuntores, relés de protección
y relés de medida.
 A funciones específicas integradas en los aparatos de funciones múltiples.
El control de la protección térmica de los motores se efectúa por medio de
termorresistencias (resistencia calibrada), termistores y termostatos. Los tipos de detectores
a ser utilizados son determinados en función de la clase de temperatura del aislante
empleado, de cada tipo de máquina y de la exigencia del usuario.
Las protecciones eléctricas de los equipos asociados a un ventilador, además de las
protecciones eléctricas del motor (sobretensión, sobreintensidad, …) y de las propias de los
componentes del armario eléctrico son:
 Sondas de Temperaturas de los devanados, generalmente tipo PTC
 Sondas de Temperaturas de los rodamientos, generalmente tipo PT100
 Sensores de vibraciones
 Sonda Petermann, presostato de bombeo
En lo que se refiere al monitoreo, puesto que se suele contar con un sistema de medición de
presiones, con dos convertidores, podemos conocer la presión total y la presión diferencial
de la que se deducirá el caudal movilizado por el ventilador.
Actualmente, se implementan en los armarios de control PLCs de manera que todos los
parámetros que puedan tener un valor, por ejemplo, temperaturas, velocidad de vibración
(mm/s), presiones, etc., se muestren en una pantalla. Además, el PLC gestionará los fallos,
como pueden ser el de bombeo, el de las sondas PTC, etc. indicando avisos con alarmas y
en su caso procediendo al paro del ventilador.
3.1 Sondas de Temperaturas.
3.1.1 Sondas de Temperaturas PTC
Son detectores térmicos compuestos de sensores semiconductores que varían su resistencia
bruscamente al alcanzar una determinada temperatura.
PTC- Coeficiente de temperatura positivo
NTC- Coeficiente de temperatura negativo
El tipo PTC es un termistor cuya resistencia
aumenta bruscamente para un valor bien
definido de temperatura, especificado para
cada tipo. Esa variación brusca en la
resistencia interrumpe la corriente del PTC,
accionando un relé de salida, el cual
desconecta el circuito principal. También se

162. VENTILACION DE MINAS
162 de 180
puede utilizar para sistemas de alarmas o de alarma y desconexión (2 por fase de motor).
El termistor NTC no es normal en la aplicación
en motores eléctricos.
Los termistores tienen tamaño reducido, no
sufren desgastes mecánicos y tiene una respuesta
más rápida en relación a los otros detectores,
aunque no permitan un seguimiento continuo del
proceso de calentamiento de l motor. Los
termistores con sus respectivos circuitos
electrónicos de control ofrecen protección completa contra sobrecalentamiento producido
por falta de fase, sobrecarga, sub o sobretensiones o frecuentes operaciones de inversión o
conexión-desconexión. Tienen bajo costo, en relación a la sonda PT-100, pero necesitan un
relé para comando de la actuación de la alarma u operación.
3.2 Sondas de Temperaturas PT100. Termorresistores
Son elementos cuya operación se basa en la
característica de variación de la resistencia con la
temperatura intrínseca a algunos materiales
(generalmente platino, níquel o cobre). Poseen
resistencia calibrada que varía linealmente con la
temperatura posibilitando un seguimiento continuo del
proceso de calentamiento del motor por el display del
controlador, con alto grado de precisión y sensibilidad
de respuesta. Su aplicación es amplia en los diversos
sectores de técnicas de medición y automatización de
temperatura. Generalmente, se aplica en instalaciones de gran responsabilidad. En los
motores generalmente controlan la temperatura de los rodamientos. Una misma sonda
puede servir para alarma y para desconexión.
3.2.1 Análisis de la problemática de las PT100 de 2 y 3 hilos
Conexión a dos hilos:
La resistencia interna de los cables representadas
como R1 y R2 se suman generando un error en el
dispositivo de medición, el cual en lugar de medir
únicamente la resistencia del Pt100, medirá la suma
de la resistencia del Pt100 más la R1 y R2. Este
método de medición es poco recomendable por su
escasa precisión, y la estrategia recomendada para
mejorar la medición es utilizar un cable lo más grueso
y corto posible para disminuir las resistencias R1 y R2.
R1
R2
Pt100
Sistema de
medición

163. VENTILACION DE MINAS
163 de 180
Conexión con tres hilos:
Este tipo de conexionado resuelve el inconveniente del error generado por la resistencia
interna de los cables y es el más común que se puede encontrar en las instalaciones. La
única condición es que la resistencia interna de los tres cables debe ser la misma debido a
que el sistema de medición por lo general utiliza un puente de Wheatstone mediante el cual
se obtiene una tensión diferencial que puede ser acondicionada para llevar a cabo la
medición. El tipo de conexión a 3 hilos anula la influencia
de la longitud del cable (resistencia óhmica) en el
resultado de medición, pues mide la resistencia entre el
borne 2 y 3 para luego restar este valor a la medición de
interés dada entre los bornes 1 y 2.
Las PT100 de 2 hilos se utilizan para instalaciones en los
que la distancia del cable es inferior a 10m. Está claro que
no es el caso, ya que incluso la pareja más cercana está a
más distancia de esa longitud. Por tanto habrá un error en
la lectura debido a la resistencia del conductor.
Con una conexión de 3 hilos, que es la instalada finalmente, al llevar dos para el retorno de
la señal, el modulo hace un cálculo que compensa este error, por lo que la medición se
considera correcta.
La solución mejor y más apropiada es la de usar un
conductor de 3 hilos, ya que ese caso no haría falta
hacer ningún tipo de corrección, y se considera
buena la medida. Así se ha instalado en este
proyecto.
La salida analógica de la sonda PT100, se puede
gestiona desde un PLC, ya que la gran mayoría
disponen de tarjetas de entradas analógicas a las que
se puede cablear directamente, haciendo dicho PLC hasta la compensación, eliminando el
error de la resistencia de línea.
Si no se dispone de un PLC con tarjetas de
entradas analógicas capaces de gestionar
directamente este tipo de señales, se puede
utilizar una tarjeta de PT100 que nos da una
salida analógica y que podemos “tratar” sin
más que configurar las escalas y los rangos.
.
Para ello, las tarjetas PT100 disponen de unos
DIP Switch que ajustamos a nuestras
necesidades.
R1
R2
Pt100
Sistema de
medición
R3
Tarjetas de entradas analógicas y digitales

164. VENTILACION DE MINAS
164 de 180
Por ejemplo, El DIP Switch 1 tiene la configuración siguiente:
Es decir, como la PT100 es de 3 hilos, la salida es de 4 a 20mA y el rango inferior de
medición es 0ºC, los valores desde 1 al 8 son:
01 010 000
El DIP Switch 2 tiene la configuración siguiente:
Y puesto que vamos a poner como límite máximo
del rango de medición 200ºC, los valores desde 1 al
6 son:
000101
Esto lo interpretaremos como que el valor de 4 mA
corresponde a los 0ºC y los 200ºC corresponden a
los 20mA, con una relación lineal.
Por último, para que la señal de salida se pueda
medir hay que configurar el DIP Switch 3,
seleccionando la opción de mA.
Con esto ya podemos llevar una salida analógica de 4-20mA para gestionarla en el PLC y
que nos proteja el motor acorde a las indicaciones del fabricante del motor.
10

165. VENTILACION DE MINAS
165 de 180
3.3 Sensor de vibraciones
Los acelerómetros son los sensores más utilizados en análisis de vibraciones en maquinaria.
Todos los colectores portátiles están provistos de un acelerómetro, aunque la mayoría de la
gente integra la señal y trabaja en unidades de velocidad. Los sistemas de monitorizado
permanente también usan acelerómetros excepto cuando se hace necesario utilizar una
sonda de proximidad.
Hay diferentes tipos de acelerómetros, el más común es el piezoeléctrico con un
amplificador interno. Los acelerómetros piezoeléctricos se montan externamente,
generalmente sobre el alojamiento de los apoyos. El método de montaje es muy importante
El material piezoeléctrico (cristal) está situado bajo una masa sísmica. Cuando el sensor
vibra el cristal se comprime y descomprime debido a la presión ejercida por la vibración y
la masa sísmica.
La carga de salida es proporcional a la fuerza y por lo tanto a la aceleración. Esa carga de
salida requiere de un amplificador para convertirla en un voltaje de salida al colector.
Mientras que hace 10 años lo común era utilizar un amplificador externo, actualmente el
amplificador está dentro del sensor y es alimentado por el colector. Este conjunto es
conocido por las siglas ICP (Integrated Circuit Piezoelectric).
Nombre del
fabricante
DIP SWITCH 3
DIP SWITCH 1
DIP SWITCH 2
TARJETA PT100

166. VENTILACION DE MINAS
166 de 180
La señal se polariza produciendo una corriente continua
que alimenta al amplificador, no es necesaria una
instalación eléctrica aparte. Por lo tanto, el colector de
datos necesita disponer de una conexión de corriente
continua para trabajar con este tipo de acelerómetros.
De todos modos, la mayoría de colectores disponen de una tensión de polarización con el
fin de determinar si el sensor tiene algún
fallo interno, o si hay un error de cable. La
existencia del amplificador supone una
limitación en las respuestas de baja
frecuencia. La característica de baja
frecuencia del amplificador es
generalmente a 1 Hz para la mayoría de
las unidades ICP disponibles. Hay algunos
acelerómetros especialmente diseñados para trabajar a 0.1 Hz en el caso en que sea
necesario recoger datos a muy baja frecuencia.
Estos dispositivos necesitan 3 bornas de conexión:
La primera borna es para el voltaje +24VDC, que corresponde al cable blanco.
La segunda borna es para la tierra (0V), que corresponde al cable negro.
La tercera borna es para la pantalla (SCREEN).
Las bornas con sus topes y tapas irán en los carriles DIN que hay en las cajas de
señales.
Con este dispositivo se necesitará una fuente de 24VDC y una entrada a PLC para
poder gestionar la señal analógica 4-20mA.
El rango de medición de este equipo es de 0 a 25mm/s RMS y la salida de 4 a 20 mA
DC, con lo que los 4mA corresponden a los 0 mm/s y los 20mA corresponden a los
25mm/s. La ley es lineal.
Negro
Blanco
Screen
Negro
Blanco
Screen
1
2
PLC
Analogue
common input
Analogue inputs
(4-20mA)
Sensor 1
Sensor 2
.
.
.
.

167. VENTILACION DE MINAS
167 de 180
En el gráfico anterior vemos la gestión de 2 acelerómetros simultáneamente, que son
alimentados por una fuente de +24V. Puesto que se tendrá la fuente de alimentación
común para dos acelerómetros.
En el esquema, se ve que la pantalla del acelerómetro, “screen”, está puesta a tierra y
no se lleva hasta el armario eléctrico. Esto no siempre es así, y en ciertas ocasiones, si
se lleva al armario de control y se conecta a la tierra en él.
3.4 Resistencia de Caldeo
Las resistencias de caldeo son utilizadas cuando un motor eléctrico es instalado en
ambientes muy húmedos con posibilidad de quedar desconectado por períodos largos e
impiden la acumulación de agua en el interior del motor por la condensación del aire
húmedo. Éstas aumentan la temperatura del motor algunos grados por encima de la
temperatura ambiente cuando el motor queda apagado.
La tensión de alimentación de las resistencias de caldeo deberá ser especificada por el
cliente, estando disponibles en las tensiones más frecuentes de 110V, 220 V y 440 V.
La potencia de las mismas dependerá del tamaño de carcasa del motor.
Serán conectadas en la caja de bornas y recibirán alimentación del exterior de forma
que puedan entrar en funcionamiento cuando el motor esté apagado. Cuando el motor
esté en funcionamiento, estas sondas deben ser desconectadas ya que su uso simultáneo
puede dañar las cabezas de las bobinas del motor.
La tensión de alimentación por defecto es a 220 V. La potencia de las mismas se ha de
considerar para el dimensionamiento del cableado.
Caja de bornas
auxiliar para las
señales
Caja de bornas
de fuerza
Resistencia de
caldeo

168. VENTILACION DE MINAS
168 de 180
Por otro lado, el funcionamiento será tal que mientras esté en funcionamiento el
ventilador, la alimentación de las resistencias de caldeo esté desernegizada, y pasará a
activarse mientras el ventilador esté parado.
La misión de estas resistencias es la de elevar la temperatura de los devanado unos 10º
por encima de la Temperatura ambiente, de esta manera, se evitará la condensación de
la humedad.
3.5 Sonda Petermann. Presostato de bombeo
El detector de bombeo es un
sistema sencillo y muy fiable.
Es la protección aerodinámica
del ventilador, de manera que
para el ventilador cuando
detecta que el ventilador está
en bombeo. Consta de dos
tomas de presión situadas a
cierta distancia de los álabes
del rodete del ventilador.
Cuando el ventilador esta funcionando en régimen estable,
se puede medir entre las dos tomas de la sonda Petermann
una diferencia de presión. Si el ventilador entra en bombeo,
se genera una turbulencia en el extremo de los álabes que
cambia el signo de las presiones medidas, por lo que si este
cambio no es puntual y se mantiene, puesto que las dos
tomas están conectadas a un presostato, éste detectará el
fenómeno y parará el ventilador.
Sonda
peterman
n
Caja de bornas auxiliar
2 Sondas
PTC
2 Sondas
PT100
Sensor de
vibraciones

169. VENTILACION DE MINAS
169 de 180
La instalación eléctrica consta de un común y dos contactos NC (Normalmente cerrado) y
NO (Normalmente abierto), estos cambiaran de estado cuando la membrana en el interior
del presostato detecte una variación de presión.
Esta señal digital, se llevará también al armario de control a las tarjetas de entradas
digitales del PLC para su gestión.
Reles de PTC
Hay 6, corresponden en este caso a
3 sondas PTC de alarma y otras 3
sondas PTC de prealarma.
La señal de una sonda PTC es una
señal digital, que se lleva a las
tarjetas de entradas digitales del
PLC a través del relé de sonda.
PLC y tarjetas de entradas y
salidas de señales analógicas
y digitales
ARMARIO DE CONTROL

170. VENTILACION DE MINAS
170 de 180
4 TIPOS DE ARRANQUE
Durante la puesta en tensión de un motor, la corriente solicitada es considerable y puede
provocar una caída de tensión que afecte al funcionamiento de los receptores,
especialmente en caso de insuficiencia de la sección de la línea de alimentación. En
ocasiones, la caída puede llegar a ser perceptible en los aparatos de alumbrado. Para poner
remedio a estos inconvenientes, ciertos reglamentos sectoriales prohíben el uso de motores
de arranque directo que superen cierta potencia. Otros se limitan a imponer la relación
entre la corriente de arranque y la nominal en base a la potencia de los motores. Los
motores de jaula son los únicos que pueden acoplarse directamente a la red por medio de
un equipo simple. Tan sólo los extremos de los devanados del estator sobresalen de la
placa de bornas. Dado que el fabricante determina de manera definitiva las características
del rotor, los distintos procesos de arranque consisten principalmente en hacer variar la
tensión en las bornas del estator. En este tipo de motores, cuya frecuencia es constante, la
reducción de la punta de corriente conlleva de manera automática una fuerte reducción del
par.
Arranque directo
Se trata del modo de arranque más sencillo en
el que el estator se acopla directamente a la
red. El motor se basa en sus características
naturales para arrancar. En el momento de la
puesta bajo tensión, el motor actúa como un
transformador cuyo secundario, formado por
la jaula muy poco resistente del rotor, está en
cortocircuito. La corriente inducida en el
rotor es importante. La corriente primaria y la
secundaria son prácticamente proporcionales.
Por tanto, se obtiene una punta de corriente
importante en la red: Iarranque= 5 a 8 lnominal. El
par de arranque medio es: Carranque = 0,5 a 1,5
Cnominal. A pesar de las ventajas que conlleva
(sencillez del equipo, elevado par de arranque,
arranque rápido, bajo coste), sólo es posible
utilizar el arranque directo en los siguientes
casos:
– la potencia del motor es débil con respecto
a la de la red, para limitar las perturbaciones
que provoca la corriente solicitada,
– la máquina accionada no requiere un
aumento progresivo de velocidad y dispone
de un dispositivo mecánico (por ejemplo, un reductor) que impide el arranque brusco,

171. VENTILACION DE MINAS
171 de 180
– el par de arranque debe ser elevado.
Por el contrario, siempre que:
– la caída de tensión provocada por la corriente solicitada pueda perturbar el buen
funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma línea,
– la máquina accionada no pueda admitir sacudidas mecánicas
Arranque estrella -triángulo
Sólo es posible utilizar este modo de arranque en motores en los que los dos extremos de
cada uno de los tres devanados estatóricos vuelvan a la placa de bornas. Por otra parte, el
bobinado debe realizarse de manera que el acoplamiento en triángulo corresponda con la
tensión de la red: por ejemplo, en el caso de una red trifásica de 380 V, es preciso utilizar
un motor bobinado a 380 V en triángulo y 660 V en estrella. El principio consiste en
arrancar el motor acoplando los devanados en estrella a la tensión de la red, lo que equivale
a dividir la tensión nominal del motor en estrella por 3 (en el ejemplo anterior, la tensión
de la red 380 V = 660 V / 3). La punta de corriente durante el arranque se divide por 3: Id
= 1,5 a 2,6 In
Un motor de 380 V/660 V acoplado en estrella a su tensión nominal de 660 V absorbe una
corriente 3 veces menor que si se acopla en triángulo a 380 V. Dado que el acoplamiento
en estrella se realiza a 380 V, la corriente se divide nuevamente por 3. Por tanto, se divide
por un total de 3. El par de arranque se divide igualmente por 3, ya que es proporcional al
cuadrado de la tensión de alimentación:
Cd = 0,2 a 0,5 Cn
La velocidad del motor se estabiliza cuando se equilibran el par del motor y el par
resistente, normalmente entre el 75 y 85% de la velocidad nominal. En ese momento, los
devanados se acoplan en triángulo y el motor rinde según sus características naturales. Un
temporizador se encarga de controlar la transición del acoplamiento en estrella al

172. VENTILACION DE MINAS
172 de 180
acoplamiento en triángulo. El cierre del contactor de triángulo se produce con un retardo
de 30 a 50 milisegundos tras la apertura del contactor de estrella, lo que evita un
cortocircuito entre fases al no poder encontrarse ambos cerrados al mismo tiempo.
La corriente que recorre los devanados se interrumpe con la apertura del contactor de
estrella y se restablece con el cierre del contactor de triángulo. El paso al acoplamiento en
triángulo va acompañado de una punta de corriente transitoria, tan breve como importante,
debida a la fcem del motor. El arranque estrella-triángulo es apropiado para las máquinas
cuyo par resistente es débil o que arrancan en vacío. Dependiendo del régimen transitorio
en el momento del acoplamiento en triángulo, puede ser necesario utilizar una variante que
limite los fenómenos transitorios cuando se supera cierta potencia:
– temporización de 1 a 2 segundos al paso estrella-triángulo.
Esta medida permite disminuir la fcem y, por tanto, la punta de corriente transitoria. Esta
variante sólo puede utilizarse en máquinas cuya inercia sea suficiente para evitar una
deceleración excesiva durante la temporización.
– arranque en 3 tiempos: estrella-triángulo + resistencia-triángulo.
El corte se mantiene, pero la resistencia se pone en serie aproximadamente durante tres
segundos con los devanados acoplados en triángulo. Esta medida reduce la punta de
corriente transitoria.
– arranque en estrella-triángulo + resistencia-triángulo sin corte.
La resistencia se pone en serie con los devanados inmediatamente antes de la apertura del
contactor de estrella. Esta medida evita cualquier corte de corriente y, por tanto, la
aparición de fenómenos transitorios. El uso de estas variantes conlleva la instalación de
componentes adicionales y el consiguiente aumento del coste total.
Arranque por autotransformador
El motor se alimenta a tensión reducida mediante un autotransformador que, una vez
finalizado el arranque, queda fuera del circuito. El arranque se lleva a cabo en tres tiempos:
– en el primer tiempo, el autotransformador comienza por acoplarse en estrella y, a
continuación, el motor se acopla a la red a través de una parte de los devanados del

173. VENTILACION DE MINAS
173 de 180
autotransformador. El arranque se lleva a cabo a una tensión reducida que se calcula en
función de la relación de transformación. Generalmente, el transformador está dotado de
tomas que permiten seleccionar la relación de transformación
y, por tanto, el valor más adecuado de la tensión reducida.
– antes de pasar al acoplamiento a plena tensión, la estrella se abre. En ese momento, la
fracción de bobinado conectada a la red crea una inductancia en serie con el motor. Esta
operación se realiza cuando se alcanza la velocidad de equilibro, al final del primer tiempo.
– el acoplamiento a plena tensión interviene a partir del segundo tiempo, normalmente muy
corto (una fracción de segundo). Las inductancias en serie con el motor se cortocircuitan y,
a continuación, el autotransformador queda fuera del circuito.
La corriente y el par de arranque varían en la misma proporción. Se dividen por (U red / U
reducida)2
y se obtienen los valores siguientes:
Id = 1,7 a 4 In
Cd = 0,5 a 0,85 Cn
El arranque se lleva a cabo sin interrupción de corriente en el motor, lo que evita que se
produzcan fenómenos transitorios. No obstante, si no se toman ciertas precauciones pueden
aparecer fenómenos transitorios de igual naturaleza durante el acoplamiento a plena
tensión. De hecho, el valor de la inductancia en serie con el motor tras la apertura de la
estrella es importante si se compara con la del motor. Como consecuencia, se produce una
caída de tensión considerable que acarrea una punta de corriente transitoria elevada en el
momento del acoplamiento a plena tensión.
El circuito magnético del autotransformador incluye un entrehierro que disminuye el valor
de la inductancia para paliar este problema. Dicho valor se calcula de modo que, al abrirse
la estrella en el segundo tiempo, no haya variación de tensión en las bornas del motor. El
entrehierro aumenta la corriente magnetizante del autotransformador. Dicha corriente
aumenta la corriente solicitada en la red durante el primer tiempo del arranque.
Este modo de arranque suele utilizarse en los motores con potencia superior a 100 kW. Sin
embargo, el precio de los equipos es relativamente alto debido al elevado coste del
autotransformador.
Arranque electrónico (Soft starter)
La alimentación del motor durante la puesta en tensión se realiza mediante una subida
progresiva de la tensión, lo que posibilita un arranque sin sacudidas y reduce la punta de
corriente. Para obtener este resultado, se utiliza un graduador de tiristores montados en
oposición de 2 por 2 en cada fase de la red.
La subida progresiva de la tensión de salida puede controlarse por medio de la rampa de
aceleración, que depende del valor de la corriente de limitación, o vincularse a ambos
parámetros.
Un arrancador ralentizador progresivo es un graduador de 6 tiristores que se utiliza para

174. VENTILACION DE MINAS
174 de 180
arrancar y parar de manera controlada los motores trifásicos de jaula.
Garantiza:
– el control de las características de
funcionamiento, principalmente durante los
períodos de arranque y parada,
– la protección térmica del motor y del
arrancador,
– la protección mecánica de la máquina
accionada, mediante la supresión de las sacudidas
de par y la reducción de la corriente solicitada. La
corriente (IATS en el ejemplo del lateral) puede
regularse de 2 a 5 In, lo que proporciona un par de
arranque regulable entre 0,1 y 0,7 del par de
arranque en directo. Permite arrancar todo tipo de
motores asíncronos. Puede cortocircuitarse para
arrancar por medio de un contactor y mantener al
mismo tiempo el dominio del circuito de control.
A todo ello hay que añadir la posibilidad de:
– deceleración progresiva,
– parada-frenada.
Soft starter

175. VENTILACION DE MINAS
175 de 180
5 VARIADORES DE FRECUENCIA
Los variadores son convertidores de energía encargados de modular la energía que recibe
el motor. Estos dispositivos electrónicos que permiten variar la velocidad y el par de los
motores asincrónicos trifásicos, convirtiendo las magnitudes fijas de frecuencia y tensión
de red en magnitudes variables.
Se utilizan estos equipos cuando las necesidades de la aplicación sean:
 Dominio de par y la velocidad
 Regulación sin golpes mecánicos
 Movimientos complejos
 Mecánica delicada
El control de los motores eléctricos mediante conjuntos de conmutación “Todo o Nada” es
una solución bien adaptada para el accionamiento de una amplia gama de máquinas. No
obstante, conlleva limitaciones que pueden resultar incomodas en ciertas aplicaciones.
Los variadores de frecuencia están compuestos por:
• Etapa Rectificadora. Convierte la tensión alterna en continua mediante rectificadores de
diodos, tiristores, etc.
• Etapa intermedia. Filtro para suavizar la tensión rectificada y reducir la emisión de
armónicos.
• Inversor o "Inverter". Convierte la tensión continua en otra de tensión y frecuencia
variable mediante la generación de pulsos. Actualmente se emplean IGBT´s (Isolated Gate
Bipolar Transistors) para generar los pulsos controlados de tensión. Los equipos más
modernos utilizan IGBT´s inteligentes que incorporan un microprocesador con todas las
protecciones por sobrecorriente, sobretensión, baja tensión, cortocircuitos, puesta a masa
del motor, sobretemperaturas, etc.

176. VENTILACION DE MINAS
176 de 180
• Etapa de control. Esta etapa controla los IGBT para generar los pulsos variables de
tensión y frecuencia. Y además controla los parámetros externos en general, etc. Los
variadores mas utilizados utilizan modulación PWM (Modulación de Ancho de Pulsos) y
usan en la etapa rectificadora puente de diodos rectificadores. En la etapa intermedia se
usan condensadores y bobinas para disminuir las armónicas y mejorar el factor de potencia
El Inversor o Inverter convierte la tensión continua de la etapa intermedia en una tensión
de frecuencia y tensión variables. Los IGBT envían pulsos de duración variable y se
obtiene una corriente casi senoidal en el motor. La frecuencia portadora de los IGBT se
encuentra entre 2 a 16kHz. Una portadora con alta frecuencia reduce el ruido acústico del
motor pero disminuye el rendimiento del motor y la longitud permisible del cable hacia el
motor. Por otra parte, los IGBT´s generan mayor calor.
Las señales de control para arranque, parada y variación de velocidad (potenciómetro o
señales externas de referencia) estén aisladas galvánicamente para evitar daños en sensores
o controles y evitar ruidos en la etapa de control.
El convertidor de frecuencia suministra, a partir de una red de corriente alterna de
frecuencia fija, una tensión alterna trifásica, de valor eficaz y frecuencia variables. La
alimentación del variador puede ser monofásica para pequeñas potencias (orden de
magnitud de algunos kW) y trifásica para los mayores. Ciertos variadores de pequeña
potencia aceptan indistintamente tensiones de alimentaciones mono y trifásicas. La tensión
de salida del variador es siempre trifásica. De hecho, los motores asíncronos monofásicos
no son adecuados para ser alimentados mediante convertidores de frecuencia.
Los convertidores de frecuencia alimentan los motores de jaula estándar con todas las
ventajas de estos motores: estandarización, bajo coste, robustez, estanqueidad, bajo
mantenimiento. Puesto que estos motores son auto-ventilados, el único límite para su
empleo es el funcionamiento a baja velocidad porque se reduce esta ventilación. Si se
requiere este funcionamiento hay que prever un motor especial con una ventilación forzada
independiente.

177. VENTILACION DE MINAS
177 de 180
Las principales ventajas que tiene la utilización de un variador de frecuencia:
 El variador de velocidad no tiene elementos móviles, ni contactos.
 La conexión del cableado es muy sencilla.
 Permite arranques suaves, progresivos y sin saltos.
 Controla la aceleración y el frenado progresivo.
 Limita la corriente de arranque.
 Permite el control de rampas de aceleración y deceleración regulables en el
tiempo.
 Consigue un ahorro de energía cuando el motor funcione parcialmente
cargado, con acción directa sobre el factor de potencia
 Puede detectar y controlar la falta de fase a la entrada y salida de un equipo.
Protege al motor.
 Puede controlarse directamente a través de un autómata o microprocesador.
 Se obtiene un mayor rendimiento del motor.
 Nos permite ver las variables (tensión, frecuencia, r.p.m, etc…).
6 AHORRO DE ENERGIA
Aunque el coste del motor es a veces bastante bajo, los costes debidos a su larga vida de
funcionamiento indican que es importante considerar cuidadosamente las opciones que
existen cuando se sustituya el ventilador o cuando se instalen nuevos equipos.
La elección de la instalación de un Convertidor de Frecuencia como método de ahorro
energético supone:
- Reducción del consumo.
- Mejor control operativo, mejorando la rentabilidad y la productividad de los
procesos productivos.
- Minimizan las pérdidas en las instalaciones.
- Ahorro en mantenimiento (el ventilador trabaja siempre en las condiciones óptimas
de funcionamiento).
Todas estas ventajas repercuten finalmente en las instalaciones industriales, consiguiendo
que la amortización de las mejoras realizadas se produzca en un corto periodo de tiempo
(entorno a dos años o incluso menos), y prolongando también la vida útil de los motores
utilizados.
Un entorno industrial tiene un gasto en electricidad muy elevado y casi los 2/3
corresponden al funcionamiento de los motores. Con este tema, se pretende dar una idea
general de cuales son los posibles métodos a aplicar en el ahorro energético, así como los
parámetros a tener en cuenta para conseguir un ahorro óptimo.

178. VENTILACION DE MINAS
178 de 180
velocidad Potencia Ahorro
[%] [%] [%]
0 0 0
10 0.1 99.9
20 0.8 99.2
30 2.7 97.3
40 6.4 93.6
50 12.5 87.5
60 21.6 78.4
70 34.3 65.7
80 51.2 48.8
90 72.9 27.1
100 100 0
Potencia [%] vs Velocidad [%]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
velocidad [%]
Potencia[%]
La reducción de la velocidad de la carga en un ventilador, aplicación clasificada dentro del
grupo llamado de relación cuadrática, como una pequeña reducción en la velocidad puede
producir ahorros de energía sustanciales, lo que hace que el variador de frecuencia sea la
elección más acertada para aplicaciones en las que se efectúa control de velocidad.
El ahorro potencial de energía al disminuir la velocidad en la carga depende de las
características de la carga. Básicamente las cargas se clasifican en tres tipos: par variable,
par constante y potencia constante. Será el par variable el que nos interesará con los
ventiladores.
Las leyes fundamentales que gobiernan el funcionamiento de los ventiladores nos muestran
que estas aplicaciones tienen un gran potencial de ahorro de energía. Las leyes asociadas
afirman que el par y la potencia varían con el cuadrado de la velocidad y la potencia con el
cubo de la velocidad:
Suponemos que la velocidad nominal del motor es n0. Analizaremos la repercusión de
utilizar el ventilador a otra velocidad n1, tal que: 01 nn 
0
2
0
1
1 P
n
n
P 






0
0
1
1 Q
n
n
Q 






Potencia aeráulica = 11 PQ  (W) =
1000
00
3
0
1 PQ
n
n 






Potencia en el eje (1) =
ventilador
PQ
n
n










1000
00
3
0
1
=
3
0
1








n
n
· Potencia en el eje (0)
Potencia Absorbida (1) =
motorventilador
PQ
n
n
 









1000
00
3
0
1
=
3
0
1








n
n
·Potencia Absorbida (0)

179. VENTILACION DE MINAS
179 de 180
6.1 Costes de funcionamiento y variador de frecuencia. Ejemplo práctico y
comparativa.
Un método sencillo de estimación del cálculo de los costes de un motor o cualquier otra
carga es multiplicar los siguientes parámetros:
* Potencia nominal en el motor.
* Número anual de horas en funcionamiento.
* El coste medio de electricidad en Euros/kWh.
Por ejemplo, el coste aproximado de un motor de 400 kW funcionando durante todo el año
(8760 horas/año) para un coste de 0.063 Euros/kWh es (400 kW x 8760 horas x 0.063
Euros/kWh) = 220.752 Euros / año.
Este cálculo ignora el rendimiento del motor y las condiciones de carga actual, pero
proporciona una estimación de los costes sin hacer mediciones.
Horas de trabajo Caudal requerido Potencia en eje Coste KWh
(h) (%) (kW) (Euros)
4 50 200 50.4
5 60 240 75.6
6 100 400 151.2
5 80 320 100.8
4 40 160 40.32
Potencia en el eje (Kw) 400 418.32 EUROS/día
Precio de kWh (EUROS) 0.063
152686.8 EUROS/año
Horas de trabajo Caudal requerido Potencia en eje Coste KWh
(h) (%) (kW) (Euros)
4 100 400 100.8
5 100 400 126
6 100 400 151.2
5 100 400 126
4 100 400 100.8
Potencia en el eje (Kw) 400 604.8 EUROS/día
Precio de kWh (EUROS) 0.063
220752.0 EUROS/año
El ahorro que supone el uso del variador de frecuencia debido al la regulación
que se realiza sobre el caudal será:
68,065.2 € que representa e 30.83% de ahorro

180. VENTILACION DE MINAS
180 de 180
Si la variación de caudal es más acentuada, estos valores incrementan importantemente:
Horas de trabajo Caudal requerido Potencia en eje Coste KWh
(h) (%) (kW) (Euros)
4 30 120 30.24
5 40 160 50.4
6 100 400 151.2
5 50 200 63
4 40 160 40.32
Potencia en el eje (Kw) 400 335.16 EUROS/día
Precio de kWh (EUROS) 0.063
122333.4 EUROS/año
Horas de trabajo Caudal requerido Potencia en eje Coste KWh
(h) (%) (kW) (Euros)
4 100 400 100.8
5 100 400 126
6 100 400 151.2
5 100 400 126
4 100 400 100.8
Potencia en el eje (Kw) 400 604.8 EUROS/día
Precio de kWh (EUROS) 0.063
220752.0 EUROS/año
El ahorro que supone el uso del variador de frecuencia debido al la regulación
que se realiza sobre el caudal será:
98,418.6 € que representa e 44.58% de ahorro
No cabe duda que el empleo del variador en los sistemas de ventilación, además de todas
las ventajas técnicas que conlleva, implica un ahorro muy significativo.