Costos de Ventilacion

[VENTILACION DE MINAS Ing de Minas

COSTOS DE VENTILACION]

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

FIGMMGC EAP INGENIERÍA MINAS TEMA:

COSTOS DE VENTILACIÓN CURSO

: Ventilación de minas

PROFESOR

: Ing. Alfredo Ceroni Galloso

ALUMNOS

: Polanco Ramos, Joel Alfredo

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: 8to CICLO

TURNO

:

Polanco Ramos, Joel Alfredo

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TARDE Ciudad Universitaria, Noviembre del 2014

INDICE

I.

Introducción ………………………………………….…. pág.3

II.

Costos fijos ………………………………………………. pág.4

III.

Costos Operacionales,,,….………………………………. pág.6

IV. costos operacionales de ventiladores instalados y la velocidad del aire en mangas……………...………..…..pág. 8 V.

Reducción de costos operacionales ……………………pág. 11

VI.

Costo total ventilación de una mina………………….. pág. 14

VII.

Bibliografía………………………….………………..……..pág. 15

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INTRODUCCIÓN El presente trabajo se realiza con el objetivo de conocer los principales costos que incurre una mina en su sistema de ventilación. El propósito es primero encausar la circulación de aire dentro de las operaciones mineras del modo mas económico, a fin de satisfacer las necesidad de oxigeno del personal, de las maquinas y transportar los contaminantes para que no afecte la capacidad de trabajo y salud del trabajador. En el sistema de ventilación hay varios conocimientos teóricos y prácticos que nos permiten tener costos de operación de ventilación bajos; muchas veces en el interior mina se han dejado de ejecutar labores porque su ejecución representaba problemas de ventilación en otras labores o porque los el Polanco Ramos, Joel Alfredo

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desarrollo de la labor resultaba ser bastante costosas, y en el desarrollo del presente trabajo tratamos los costos operacionales de los ventiladores y el modo de reducir estos costos.

En la ventilación minera podemos encontrar los costos fijos y los costos operacionales: II. COSTOS FIJOS Son principalmente los equipos o excavaciones que afectan el costo de producción de la mina por un determinado número de años en los cuales hay que recuperar el capital invertido condicionado a un cierto porcentaje de interés anual. Estos costos fijos se son la compra de un ventilador, para mover el aire en el interior mina, las piezas del ventilador, su regulado, su instalación, el sistema eléctrico y el cableado. También son incluidos dentro de los costos fijos el costo de excavación de una chimenea o de una galería principal para la salida de gases o el ingreso de aire, con una determinada sección que influirá en la velocidad del aire, la resistencia y las dimensiones y potencia del ventilador. DENTRO DE LOS COSTOS FIJOS TENEMOS 1. El costo de compra del ventilador (Cv) 2. El costo de excavación (Cex)

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El costo de excavación dependerá de la sección a excavar además de su longitud. Luego el costo total fijo será: C= Cv + Cex El costo total fijo es una inversión que debe de retornar en un numero de años a un determinado interés anual. El monto de retorno depende principalmente del tiempo de vida del ventilador y de la producción diaria de mineral. Dentro de los costos fijos el problema es determinar el tamaño óptimo y económico de las galerías, raice boring o piques para el paso del aire, la cual debe cumplir con las siguientes condiciones. a) Tener las condiciones adecuadas de tipo de roca con la finalidad de no tener problemas en la excavación y disminuir los costos de sostenimiento. b) Si fuera una galería se debe precisar las dimensiones, específicamente el alto en función de los equipos que van a perforar y de los que realizaran la limpieza, y sobre este alto calcular el diámetro manga de ventilación adecuada para enviar un volumen de aire requerido en el frente de avance sin que la manga sea dañada por los equipos. c) Escoger un ventilador que perita la succión o envío del flujo a una eficiencia no muy costosa si no moderada. d) Saber elegir el factor de fricción de la mina a fin de que este no sea tan alto, de lo contrario dará una mayor pérdida de presión de aire.

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III.

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COSTOS DE OPERACIÓN

El costo de ventilación en su mayor parte es representado por el costo de energía eléctrica consumida. Los costos de operación son reflejados principalmente por el número de HP en trabajo, consumidos por el motor en Kw, energía que puede ser producida por petróleo o hidroeléctrica y costosa o barata respectivamente. Este costo esta regido principalmente por la mayor o menor resistencia que ofrece la mina y por la mayor o menor eficiencia del ventilador. También son incluidos dentro de los costos operacionales el costo de mantenimiento de los motores y ventiladores, el costo de conservación y mantenimiento mensual y anual de las galerías principales de aire y salida de aire contaminado, además del costo del personal encargado del mantenimiento, regulado, supervisión y de planeamiento de la ventilación de mina. DENTRO DE LOS COSTOS OPERACIONALES TENEMOS El principal factor que influye en los costos operacionales es la resistencia (Hf) o caída de presión de una galería,

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que, a su vez dependen del perímetro, longitud de galería, aspereza de la roca y área de la sección. La resistencia de la mina va incrementar el consumo de energía de un ventilador, por lo tanto, a mayor resistencia, mayor potencia de trabajo en BHP (fuerza para vencer todo), mayor consumo de energía y mayores costos operacionales. BHP=

Resistencia∗Caudal de aire 6350∗eff . ventilador

Luego el costo operacional (Co) estará dado por: Co= BHP*Costo energía COSTO OPERACIONAL ANUAL DE UN MOTOR Para realizar el calculo es necesario conoce el HP nominal del motor, las horas de trabajo del ventilador al mes y el costo de energía. Así podemos calcular el costo operacional ventilador de las siguientes características:

de un motor

Motor de 190 HP Motor trabajando unas 634 horas/mes El costo de energía 0.05US$/Kw-hr Numero de horas trabajadas en un año: Numero de horas=634

horas Hr ∗12 mes=7608 mes año

Costo de energía: Costo energia=190 Hp∗0.746

Kw US $ US $ ∗0.05 =7.087 Hp Kw . Hr Hr

Costo de operación anual Polanco Ramos, Joel Alfredo

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Co =7.087*7608 = 53917.896 US $ Costo de operación mensual Co mensual = 53917.896 US $ /12 =4493.158 US $

CUANTO CARGAR A CADA TONELADA PRODUCIDA POR MES POR VENTILACIÓN ESTABLECIDA Supongamos que al mes extraemos 20000 Tn, Que el costo operacional de ventilación es 4493.158 US $ en ventilación. Entonces

1

Tn

tendrá

un

costo

de

ventilación

de

4493.158 =0.225 US $ 20000

IV.

COSTOS OPERACIONALES DE VENTILADORES INSTALADOS Y LA VELOCIDAD DEL AIRE EN MANGAS El costo operacional de un circuito de ventilación principal por galerías o de un sistema de ventilación por magas en mina que recorren chocando contra codos de 90° o curvas angulosas en galerías es mas costoso operacionalmente que un circuito en galerías o magas rectas, porque hay que agregar una longitud adicional a la longitud de las mangas por efecto de los choques que ocasionan las curvas de la galería o manga. El costo operacional de un circuito de ventilación principal es función de la fuerza o energía eléctrica que consume el motor que mueve al ventilador para trasladar un peso de aire desde el ingreso por la boca-mina hasta la salida de la mina. Para poder ingresar al cálculo del costo operacional de ventilación de ventiladores instalados en mina es importante Polanco Ramos, Joel Alfredo

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conocer las ecuaciones de caídas de presión y la ecuación de consumo de fuerza al freno. Resistencia=

K∗W ∗P∗( L+ Lc )∗v 2 0.075∗5.2 A

BHP mina =

Resistencia∗Caudal de aire 6350∗eff . ventilador

Donde la potencia del motor esta definido por: BHP mina =Ck ∗V 3

Que nos dice que conociendo el factor de fricción, densidad del aire, perímetro, longitud y longitud de curvas y la eficiencia del ventilador, el BHP depende de la velocidad al cubo. Esto dice que a mayor velocidad dentro de la galería o de la manga de ventilación, el consumo de la fuerza eléctrica sube al cubo de la velocidad aplicada ala diseño; para enviar un determinado volumen de aire incrementando el consumo y costo de corriente eléctrica por año o por mes. Se ahí que para transportar al aire, o los gases de los disparos se deben de aplicar velocidades adecuadas entre 2400 a 3000 Ft/m, a fin de no tener mucha resistencia y no tener un excesivo consumo de energía. COSTOS OPERACIONALES QUE SE OCACIONAN AL ENVIAR UN VOLUMEN DE APROX. 5000 CFMA DIFERENTES VELOCIADADES POR TRAMOS RECTOS

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DIAMETRO DE MANGA (Ft) 18” 20” 24”

VELOCIDA D (Ft/m) 3000 2400 1800

VOLUMEN RESISTENC (CFM) IA 5298 5229 5652

0.9 0.5 0.2

Esto nos dice que a mayor velocidad con manga de menor diámetro es más alta la resistencia y a la inversa con mayor diámetro de manga la resistencia es menor.

Ahora considerando una eficiencia del motor del 70% y conociendo las estáticas o pérdidas de presión pasaremos a calcular las potencias BHP consumidos en cada caso anterior BHP 18=

Resistencia∗Caudal de aire 0.9∗5298 = =1.07 HP 6350∗eff . ventilador 6354∗0.7

BHP 20=

0.5∗5229 =0.59 HP 6354∗0.7

BHP 24=

0.2∗5652 =0.25 HP 6354∗0.7

Conociendo de cada motor para vencer la resistencia de mangas de 18, 20 y 24 podemos calcular el costo operativo considerando el costo de energía de 0.13 US $ y con 680 horas de trabajo mensual del ventilador. Para el ∅18 ”

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1.07 Hp∗0.746

Kw =0.798 Kw Hp

0.798 Kw∗680

Hr US $ US $ ∗0.13 =70.6 mes Kw . Hr mes

70.6

El costo seria de:

US $ ∗12 meses=877 US $ al año mes

Para el ∅20 ” 0.59∗0.746

Kw =0.44 Kw Hp

0.44 Kw∗680

38.875

El costo seria de:

Hr US $ US $ ∗0.13 =38.875 mes Kw . Hr mes

US $ ∗12 meses=466 US $ al año mes

Para el ∅24 ” 1.07 Hp∗0.746

0.19 Kw∗680

16.49

Kw =0.19 Kw Hp

El costo seria de:

Hr US $ US $ ∗0.13 =16.49 mes Kw . Hr mes

US $ ∗12 meses=198 US $ al año mes

De lo anterior se puede concluir que con mangas de 24” de diámetro el costo solo es de 198 US $ al año

en energía eléctrica

mientras que con una manga de 18” de diámetro el costo es

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de 877 US $ alaño , es decir que con mangas de 18” de diámetro se gasta

877 =4.43 veces mas que con manga de 24”. 198

V. REDUCCION DE COSTOS DE OPERACIÓN El incremento del costo de la energía o la baja del precio de los metales o simplemente buscar la reducción del costo de la corriente en la ventilación, trae la necesidad de bajar el consumo de energía y por ende el costo en dólares de la operación anual de los ventiladores principales, secundarios y auxiliares sin dejar de tener una ventilación efectiva dentro de las labores subterráneas. Este costo de operación de los ventiladores es producto del consumo de energía producida por petróleo o por una hidroeléctrica, una mas cara que la otra, pero en cualquiera de los casos se busca bajar el consumo de energía. Sabemos que el costo de operacional anual es: BHP mina∗0.746 Kw∗¿ de

horas ∗costo de 1 Kw∗12 meses mes

Si mantenemos constante el costo de 1Kw y además se sabe que el número de horas anuales influye poco en los costos. Solo nos quedaría reducir el BHP consumido por el motor, que esta en función de

BHP mina =

Resistencia∗Caudal de aire 6350∗eff . ventilador

de los cuales

el caudal y la eficiencia del ventilador son constantes. Y tomaríamos como variables la resistencia que es la que aumenta o disminuye por las operaciones realizadas en una mina, lo cual debemos evitar que suba mediante la toma de decisiones dentro de las galerías, en el ventilador, en el motor y en el tiempo de operación del ventilador. Polanco Ramos, Joel Alfredo

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Disminución de costos dentro de las galerías de la mina a) Usar mejor las ventilaciones naturales durante determinadas horas del trabajo en la mina b) Evitando resistencias al flujo de aire en las galerías por donde viaja aire, esto es inspeccionando diariamente en las galerías, chimeneas y piques que no presenten resistencia; como, acumulaciones de materiales, rumas de madera, carros o scoop dejados en la vía principal, es decir que haya retiro de obstáculos. c) Hacer circuitos mas cortos y de menor resistencia e independientes al instalarlos ventiladores. d) Determinar el diámetro máseconómico de las galerías y chimeneas. e) Saber que duplicar la cantidad de aire pasa por la galería o víadará como resultado que se multiplique por 4 la resistencia de esta y consecuentemente los costos. f) Usando ventiladores auxiliares en lugares en que se usen equipos diesel en vez de estar haciendo trabajar en este lugar la acción del ventilador principal. g) Bajando la cantidad de aire que circula por la mina empleando equipos eléctricos en vez que Diesel o bajando la velocidad del aire en determinados tramos de galería por desquinches para reducir la resistencia de la longitud de galería. Disminución de costos en los ventiladores a) Evitando cambios de dirección del sentido de flujo en curvas de 90° o de pronunciada curvatura que ocasionaperdidas y mayor consumo d energía para vencer estos. b) Mediante la selección del ventilador o del tamaño adecuado de un conducto por el cual pasara un determinado flujo de aire, si compro un ventilador de alta eficiencia su costo es alto e invierto mas capital, pero sus costos operativos por consumo de corriente son bajos. A la inversa, si compro o instalo un ventilador de baja eficiencia, su costo0 es bajo y necesito poca inversión Polanco Ramos, Joel Alfredo

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pero su costo de operación por consumo de corriente será muy elevado Disminución de costos en el tiempo de operación a) En minería clásica se recude el consumo de energía cuando ene la hora del almuerzo, se para el ventilador principal y los auxiliares.; y, la mina trabaja con ventilación natural mejorada o en su defecto el ventilador principal trabaje succionando a un menor numero de revoluciones calculadas para mejorar la ventilación natural. Disminución de costos por medidas eléctricas a) Un ventilador instalado con un variador de velocidad o con un motor de 2 o 3 velocidades permite tener menores revoluciones y menor volumen de succión en las operaciones de perforación y disparo y puede trabajar en mayores revoluciones después del disparo, en la limpieza, el transporte y extracción del mineral es decir: Instalando variadores de velocidad o RPM se baja el volumen de succión o de insuflado del ventilador y por ende la resistencia y el BHP y consecuentemente el ahorro de energía. b) Midiendo el amperaje, voltaje y factor de potencia en las cajas de arranque de los ventiladores para conocer el consumo de corriente y ver si el circulo de aire al cual asiste el ventilador es altamente resistente por tener un amperaje sobrecargado para ir a mejorar el circulo interno d ella mina VI. COSTO TOTAL DE VENTILACION DE UNA MINA El costo total anual de ventilación esta dado por la amortización anual y el costo de operación anual. Una compañía minera decidió construir una galería de salida de humos y polvos, presupuestado en US$ 580000 y para realizar el proyecto pidió prestado al City Bank de New York la Polanco Ramos, Joel Alfredo

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mencionada suma, al 5% y amortizable al final de cada año por espacio de 20 años. Y solicitase le determine la cantidad que debe colocar al final de cada año para cancelar el préstamo mas sus intereses, además se desea saber cuanto debe cargar a cada tonelada extraída diariamente, si extrae diariamente 2600 Tn de mineral. Aplicando la anualidad de amortizaciones tenemos: A an=

P∗i∗(i+1)n (i+1)n −1

A an=

580000∗0.05∗(0.05+1)20 =46543.7 (0.05+ 1)20−1

Luego A an=46543.7 US $ que la compañía debe imponer al final de cada año por los 20 años. Considerando que el año tiene 300 días se tiene: Costo de ventilación diario

46543.7 =155.15 300

US$ cada día, si

cada día extrae 2600 Tn en cada tonelada de mineral tendrá que cargar la suma de : 155.15 US $ =0.057 US $ por cada tonelada 2600 Tn

A este costo de amortización se le debe de añadir el costo total de operación, antes calculado.

VII. Bibliografía VENTILACION DE MINAS SUBTERRÁNEAS Y TUNELES- Pablo Jiménez Ascanio Polanco Ramos, Joel Alfredo

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MONTAN CONSULTNG, Análisis de la ventilación principal y Auxiliar en las minas de _Acerías Paz del Rio S„A,,corn propuestas y recomendaciones para su mejoramiento y control , Essen Alemania, Septiembre 1975. Planeamiento de Ventilación asistida para la Unidad peruana San Cristóbal – Cia. Minera SanCristóbal por F. R. Méndez Cía.. Minera Volcan, Yauli, Perú.

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