Ventilación Impelente,aspirante Y Combinado

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VENTILACIÓN IMPELENTE,ASPIRANTE Y COMBINADO F.I.M.C.A. E.P.I.M Ing. Freddy Parejas Rodríguez

VENTILACIÓN IMPELENTE

• Consiste en utilizar un ventilador acoplado al conducto que se tiende a lo largo de la labor, para forzar la circulación de aire fresco entre el exterior y el frente de avance. • El tapón de humos, gases y polvos que se genera y concentra en el tope de la excavación será removido por la corriente de aire que llega a través de la tubería, siendo diluido y empujado hacia la boca

VENTILACIÓN IMPELENTE fundamental de la ventilación

• Una característica impelente es que el chorro de aire fresco que sale del conducto de ventilación se ensancha y disminuye de velocidad a medida que avance hacia el frente. En su camino arrastrará y se mezclará con parte del aire contaminado, produciendo hasta cierta distancia de la tubería un barrido activo de la atmósfera. Superada esta zona, el movimiento de aire prácticamente será nulo. • Si la distancia existente entre el extremo del conducto y el frente es suficientemente pequeña, todo el tope de la labor será barrido por el chorro de aire fresco, y la eliminación de los gases y polvos ocurrirá rápidamente al verificarse una mezcla continua de ellos con el aire de la ventilación.

VENTILACIÓN • Si, por el contrario, la distanciaIMPELENTE es demasiado grande, subsistirá en el fondo de la excavación una zona donde los gases y polvos permanecerán prácticamente inmóviles, produciéndose la eliminación de estos solamente por difusión. Como esta forma de evacuar los contaminantes es excesivamente lenta, el tope presentará pésimas condiciones higiénicas. • Por todo lo anterior, se establece la conveniencia de mantener una distancia lo más reducida posible entre la tubería y el frente, pues con ello disminuirá el tiempo de ventilación requerido, aunque en la práctica exista un límite debido a la necesidad de proteger los conductos de las proyecciones de roca que se generan durante las voladuras.

VENTILACIÓN IMPELENTE • La distancia máxima permitida entre la tubería y el tope de la labor es del orden de 30 veces el diámetro o dimensión mayor del conducto utilizado. • Es recomendable distancias máximas de 15 a 18 metros cuando el caudal excede 1 m3/s, y 12 a 15 metros para caudales de aire comprendidos entre 0,5 y 1 m3/s. • Por último, hay que indicar que el chorro de aire fresco es tanto más largo, y por lo tanto el tiempo requerido para la eliminación de los gases, humos y polvos más corto, cuanto menor sea la sección del conducto y más cerca esté del frente de la labor. •

Como contrapartida, si la sección de la tubería es excesivamente pequeña, las caídas de presión que experimentará la corriente de aire serán mayores, con el consecuente incremento en la potencia requerida para los ventiladores.

• Ventajas:

VENTILACIÓN IMPELENTE

• El sistema es de fácil instalación y mantenimiento. • Permite el empleo de tuberías de lona sin armadura. • Económicamente resulta más conveniente. • Cualquier pérdida de aire que se produzca a lo largo de la tubería, pese a incrementar los costos de ventilación, ayudará a mantener una atmósfera favorable en la labor. • El aire llega al frente en muy buenas condiciones físicas y químicas, produciendo rápidas mejoras en la situación ambiental de la zona de trabajo. • El chorro de aire que sale del conducto de ventilación es capaz de remover eficientemente los gases y humos que se encuentran en el tope de la labor, no siendo necesario acercar excesivamente la tubería a éste. • Se tiene menos pérdida de carga en el conducto de ventilación. • Se requiere menos potencia instalada para el accionamiento de los

VENTILACIÓN IMPELENTE • Desventajas: • El principal problema que presenta este método radica en que los humos, gases y polvos que se generan en el frente tienen que circular a lo largo de la labor para salir al exterior, como consecuencia de esto, los operarios que desarrollen sus actividades lejos del tope se encontrarán expuestos a una atmósfera contaminada. • El polvo que se forma durante la perforación de los barrenos, el uso de máquinas perforadoras(sobre todo si éste se realiza en seco) creará, en caso de no tomar medidas especiales, una atmósfera de reducida visibilidad que puede ocasionar serios problemas respiratorios al personal que se encuentre a lo largo de la labor

VENTILACIÓN IMPELENTE

VENTILACIÓN ASPIRANTE • En esta variante, el conducto de ventilación que se monta a lo largo de la excavación es utilizado para aspirar los humos, gases y polvos que se producen en el frente de trabajo. • La succión requerida para que el aire contaminado ingrese en la tubería se obtiene mediante un ventilador acoplado a la salida del conducto. • Por efecto de la depresión generada, el aire fresco es obligado a ingresar y recorrer la labor en toda su extensión hasta alcanzar el tope, mezclándose allí con los distintos contaminantes que puedan existir en la atmósfera.

VENTILACIÓN ASPIRANTE

• Una característica fundamental de la ventilación aspirante radica en que los contaminantes situados cerca de la tubería serán arrastrados por la corriente de aire que penetra en ella, siendo removidos muy rápidamente. • Por el contrario, los humos, gases y polvos situados cerca del tope de la labor solamente serán eliminados por difusión. •

Para evitar los daños que pudiesen ocasionar las voladuras, el conducto se instala a no menos de 15 metros del tope. Como consecuencia de esto, la limpieza total del frente es casi imposible, pudiéndose aplicar el método únicamente si se lo combina con ventilación impelente.

VENTILACIÓN ASPIRANTE

• Ventajas:

VENTILACIÓN ASPIRANTE

 

• Los humos, gases y polvos generados en el frente son extraídos a través de la tubería (salvo aquella porción que pueda recircular), evitándose de esta manera que el personal ubicado a lo largo de la labor tenga que respirarlos.   • Se produce una rápida evacuación de los gases y humos a medida que estos son generados.

VENTILACIÓN ASPIRANTE • DESVENTAJAS.• Solamente pueden emplearse conductos construidos con materiales rígidos. En el caso de utilizar tuberías de lona, estas deben poseer internamente una armadura de acero en espiral que impida su cierre durante la ventilación. • El aire fresco ingresa muy lentamente a la labor, por lo que alcanza el frente de excavación a elevada temperatura. • En general, la ventilación aspirante dejará zonas del frente mal ventiladas. • Toda pérdida de gases, humos o polvo que se produzca en la tubería, contaminará el aire fresco que ingresa a través de la labor. • Las tuberías flexibles ofrecen, al ser reforzadas con espirales de acero, una mayor resistencia al paso del aire, generando por lo tanto importantes pérdida de carga. • Debido a las elevadas pérdidas de cargas que se producen, este método exige ventiladores de mayor potencia

VENTILACIÓN COMBINADA • Esta variante del método de ventilación por conductos consiste, desde un punto de vista técnico, en la aplicación conjunta de los métodos de ventilación aspirante e impelente anteriormente descritos. • En la práctica, la ventilación combinada presenta dos modalidades de trabajo bien definidas, una basada en alternar sucesivas fases aspirantes e impelentes, y otra que aplica estas fases en forma simultánea. • En la primera modalidad del método, utilizada fundamentalmente para evacuar los gases y polvos generados por voladuras, se suceden etapas de ventilación aspirante e impelente

VENTILACIÓN COMBINADA • Durante la fase aspirante se eliminará por succión la fracción de humos, gases y polvos situados en las cercanías de la boca del conducto. • A continuación se introducirá aire fresco por la misma tubería con el fin de limpiar el espacio comprendido entre el extremo del conducto y el frente de la labor, desplazando hacia adelante los contaminantes que se encuentren en el tope. • En este momento se reinicia el ciclo efectuando una nueva fase aspirante, continuando con esta sucesión de etapas hasta la completa evacuación de los gases

VENTILACIÓN COMBINADA

VENTILACIÓN COMBINADA • El tiempo total que se requiere con esta variante del método combinado para limpiar completamente el frente, supera al que se necesitaría si se aplicara sólo ventilación impelente. •

Sin embargo, al extraerse los humos, gases y polvos contaminantes a través de un conducto, desaparece el riesgo que estos presentan para el personal que circula a lo largo de la labor.

• Para aplicar la segunda modalidad del método de ventilación combinada, se necesitan dos conductos con sus respectivos ventiladores. El primero de ellos deberá extenderse a lo largo de toda la labor, siendo utilizado para aspirar y extraer en forma continua los contaminantes que se generan en el frente de excavación. El segundo conducto tendrá como función principal inyectar aire fresco para diluir y desplazar los gases, humos y polvos que permanecen inmóviles en el tope.

VENTILACIÓN COMBINADA • Como consecuencia de esto la segunda tubería no requiere de gran longitud, pudiendo estar conectada a un ventilador de baja potencia, ya que sólo tiene que extenderse por detrás del borde de la tubería principal una distancia mínima de dos veces el ancho de la labor. • Esto último se debe a que, separando las bocas de los dos conductos la distancia indicada, el aire captado por la segunda tubería será el fresco que llega a través de la labor, y no el contaminado que se produce en el frente de la excavación

VENTILACIÓN COMBINADA

VENTILACIÓN COMBINADA • Al ser el segundo conducto muy corto (generalmente de 30 metros como máximo), puede tener una sección reducida, por lo que será segura su utilización aún a cortas distancias del frente. Como consecuencia de lo anterior, se necesitará poco tiempo para ventilar completamente el tope de la labor, incluso si la tubería introduce un caudal de aire fresco reducido

VENTILACIÓN COMBINADA • En cuanto al conducto empleado para aspirar los contaminantes, este no necesita llegar tan cerca del frente, ubicándoselo generalmente a 30 o 40 metros del tope de la excavación. Debido a esto, la tubería principal puede tener un gran diámetro, ya que no entorpecerá el trabajo en el frente y las posibilidades de que sea dañada por las proyecciones generadas durante las pegas será mínima.   • Algunos autores mencionan que en la excavación mecanizada de ciertas labores se ha empleado con éxito una disposición de conductos opuesta a la anteriormente indicada. En esos casos la tubería principal se utilizó para hacer llegar aire fresco al frente de trabajo. En cambio, la tubería secundaria se usó para aspirar y separar, mediante filtros de manga o paneles, el polvo producido en el arranque, devolviendo el aire libre de contaminantes a la labor o al exterior

VENTILACIÓN COMBINADA

VENTILACIÓN COMBINADA • Ventajas: • Los gases, polvos y humos son extraídos por la tubería, evitando de esta manera que el personal ubicado a lo largo de la labor tenga que respirarlos. • Se consigue una limpieza rápida y eficaz del frente de la labor.

VENTILACIÓN COMBINADA • DESVENTAJAS:

• La instalación requerida es mucho más compleja y cara que la utilizada en ventilación aspirante o impelente. • El conducto por el que se extraerán los humos, gases y polvos tiene que ser rígido, o poseer una armadura de acero en espiral si se trata de mangas flexibles. • El aire fresco alcanza el frente de la excavación a baja velocidad y a temperatura elevada. • Toda pérdida de gases, humos o polvo que se produzca en la tubería, contaminará el aire fresco que ingresa a través de la labor. • El aire fresco alcanza el frente de la excavación a baja velocidad y a temperatura elevada.

APLICACIÓN DE LAS DISTINTAS VARIANTES DEL MÉTODO

• Cuando se trata de ventilar labores horizontales de poca longitud y de sección reducida (menos de 400 metros y hasta 9 metros cuadrado), lo más conveniente es utilizar, dependiendo de los equipos a emplear en el desarrollo, un sistema impelente de mediana o baja capacidad. • labores de mayor sección (superior a 12 metros cuadrados), y con una longitud de más de 400 metros, es recomendable el uso de un sistema aspirante o combinado si se desea mantener la excavación limpia y con buena visibilidad para el tráfico de vehículos, sobre todo si estos son diesel.

APLICACIÓN DE LAS DISTINTAS VARIANTES DEL MÉTODO Para la ventilación de túneles desde superficie, el sistema preferido es el aspirante, aún cuando requiera de elementos auxiliares para remover completamente los gases y polvos de la zona comprendida entre el tope de la labor y el extremo del conducto de aspiración. Cuando se excavan labores verticales o subverticales en forma ascendente, el empleo de conductos de ventilación queda limitado por el daño que las rocas desprendidas durante las voladuras puedan ocasionan sobre ellos, resultando más conveniente en estos casos utilizar aire comprimido

APLICACIÓN DE LAS DISTINTAS VARIANTES DEL MÉTODO • En cambio, al excavar labores verticales en forma descendente, la aplicación de un sistema de ventilación combinada presenta mayores ventajas, especialmente si la broza es extraída por medio de baldes. Cualquiera sea el tipo de labor a ventilar, debe tenerse siempre en cuenta que los reglamentos internacionales prohíben terminantemente el uso de ventilación aspirante si se tienen indicios de posibles desprendimientos de gas grisú durante la excavación

APLICACIÓN DE LAS DISTINTAS VARIANTES DEL MÉTODO • Finalmente es importante advertir que, independientemente de la variante del método de ventilación por conductos utilizada, la alimentación de aire fresco y la evacuación final de los gases, polvos y humos debe ser estudiada con detenimiento para cada caso particular, tratando siempre de evitar la recirculación del aire viciado por los efectos negativos que esto genera sobre el personal y las máquinas. • Uno de los factores que más influye sobre la recirculación de gases y polvos, es la distancia existente entre el ventilador acoplado al conducto y la boca de entrada a la labor. • Por experiencia se recomienda mantener una separación mínima de 30 metros, colocando el ventilador hacia el costado por el que llega la corriente de aire fresco si se ventila en forma impelente, o hacia el costado por donde escapa el aire contaminado en el caso de emplear el método aspirante.

VENTILADORES

• Considerando la energía que utilizan, los ventiladores empleados en sistemas auxiliares pueden dividirse en eléctricos o neumáticos. Los primeros generalmente poseen de 100 a 300 HP de potencia. En cambio los segundos, utilizados si se dispone de una red de aire comprimido durante el desarrollo de labores no electrificadas o en excavaciones con emisiones violentas de grisú, no superan los 10 HP.

VENTILADORES • En la actualidad se trata de evitar el uso permanente de ventiladores neumáticos, ya que sus motores pueden llegar a consumir más del 30% de la energía entregada por los compresores, con un rendimiento de trabajo máximo del 15% (6 a 8% en promedio).

VENTILADORES • Desde el punto de vista de su funcionamiento, los ventiladores empleados en sistemas aspirantes e impelentes pueden clasificarse en tres tipos: • Ventiladores Centrífugos.

VENTILADORES • VENTILADORES RADIALES O CENTRÍFUGOS .• Los ventiladores centrífugos constan básicamente de una caja espiral y de un eje con rueda de alabes

VISTA INTERNA DE UN VENTILADOR CENTRÍFUGO VENTILADOR CENTRÍFUGO ELÉCTRICO

VENTILADORES • Durante su funcionamiento, el aire ingresará a través de un oído en dirección paralela al eje del equipo, girando luego 90º para introducirse en la rueda de alabes. Esta rueda lo impulsará hacia la caja espiral, cuya función es amortiguar la velocidad del chorro, reduciendo así las pérdidas por choque. • Finalmente el aire saldrá al exterior a través de la chimenea de sección creciente que el ventilador presenta en su parte superior

VENTILADORES CENTRÍFUGOS • Los ventiladores centrífugos se construyen con una sola entrada de aire (oído simple) o con dos (oídos simétricos). En cuanto a la disposición de los alabes del rotor, estos pueden estar curvados hacia delante, colocados en forma radial, o curvados hacia atrás. En la primer posición el ventilador generará mayores caudales de aire, mientras que con la tercera el caudal se reducirá, incrementándose la presión que presentará la corriente de aire expulsada.  

VENTILADORES CENTRÍFUGOS • A pesar de ser muy eficientes y capaces de vencer altas resistencias aerodinámicas, los ventiladores centrífugos tienen una aplicación muy limitada en sistemas de ventilación auxiliar. • Esto se debe a razones de orden práctico, ya que este tipo de equipo requiere para su instalación de un mayor espacio físico y de bases más firmes que los demandados por uno del tipo axial, lo que difícilmente se presente en el desarrollo de labores, a menos que se justifique con este fin el costo de excavaciones adicionales.

VENTILADORES CENTRÍFUGOS • En estos tipos de instalaciones, los ventiladores centrífugos presentan curvas características que se adaptan mejor que las de los axiales al incremento paulatino de caída de presión estática, además de producir un menor nivel de ruido, aspecto importante cuando se trata de ventilar ciertas labores subterráneas.

VENTILADORES

VENTILADORES AXIALES O DE HÉLICE

• Los ventiladores axiales constan básicamente de un rotor con paletas unido solidariamente a un eje propulsor. Es este rotor el que, accionado por medio de un motor, impulsará el aire en una trayectoria recta con salida de flujo helicoidal, variando el caudal emitido en función de la inclinación que posean las paletas

VENTILADORES AXIALES O DE HÉLICE • En este tipo de equipos el aire ingresa por un oído cónico paralelamente al eje propulsor. Pasa a través de un distribuidor de paletas fijas y se introduce al rotor, donde es impulsado hacia el exterior. • Antes de salir el chorro de aire atraviesa un rectificador de alabes y un difusor, cumpliendo éstos la función de uniformar el flujo y reducir las pérdidas de carga.  Los ventiladores axiales se presentan en tres tipos básicos:

VENTILADORES AXIALES O DE HÉLICE

CONEXIÓN DE VENTILADORES EN SERIE

• La conexión de ventiladores en serie es el método de montaje múltiple más comúnmente utilizado en sistemas de ventilación auxiliar. Esta forma de acoplamiento presenta dos variantes bien definidas: con ventiladores colocados uno a continuación de otro al comienzo de la tubería, o con ventiladores distribuidos a lo largo del tendido del conducto. • Ventiladores en serie montados al comienzo del conducto

CONEXIÓN DE VENTILADORES EN SERIE

• En teoría, cuando varios ventiladores se instalan en serie al inicio de una tubería, la curva característica resultante debería mantener el caudal constante y sumar las presiones generadas por cada uno de los equipos . • Sin embargo en la práctica, la presión no duplica su valor si se conectan dos unidades idénticas, ya que siempre habrá pérdidas por turbulencias, por diferencia en el ángulo de calaje de sus paletas, o por otros motivos. Una excepción son los ventiladores contra – rotatorios, ya que al conectarlos en serie estos generan incrementos

CONEXIÓN DE VENTILADORES EN SERIE • La principal ventaja que presenta la instalación en serie de ventiladores al comienzo del conducto radica en que la energía requerida para accionar los equipos sólo deberá llevarse hasta la boca de la labor. En cuanto a desventajas, la fundamental es que al inicio de la tubería la corriente de aire alcanzará presiones elevadas, provocando esto una mayor cantidad de fugas

CONEXIÓN DE VENTILADORES EN SERIE

CONEXIÓN DE VENTILADORES EN PARALELO

• La conexión de ventiladores en paralelo se emplea principalmente cuando los caudales de aire requeridos no pueden ser obtenidos con un solo equipo. Esta situación se presenta muy pocas veces en ventilación de labores de tope ciego, ya que generalmente es la resistencia que ofrecen los conductos, y no el caudal de aire requerido en la labor, lo que controla el diseño de una red de ventilación auxiliar

CONEXIÓN DE VENTILADORES EN PARALELO •  En

teoría, al conectar dos ventiladores similares en paralelo, la curva característica resultante debería sumar los caudales correspondientes a cada uno de ellos, manteniendo como valores de presión estática los generados por los ventiladores en forma individual .



En la práctica, la curva resultante siempre presentará caudales y presiones inferiores a los teóricos debido a la turbulencia que se genera al circular el aire, a las diferencias de ángulo de calaje existente entre los ventiladores, y a la calidad y conservación que presente la instalación de ventilación.

CONEXIÓN DE VENTILADORES EN PARALELO

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