Servicio Minero

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Ayudantes:
Marcos Barboza
Patricio Durán
Jonathan Tapia
Universidad de Antofagasta
Servicio Minero
Aire Comprimido
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Ayudantes: Marcos Barboza – Patricio Durán - Jonathan Tapia
AIRE COMPRIMIDO
GENERALIDADES
El aire comprimido es la fuente de energía utilizada con más preferencia en la industria extractiva,
siendo la red de aire comprimido un medio de transmisión de esta energía. Su importancia se ha
ido aumentando año a año, debido al avance que ha experimentado la técnica en la construcción
de los motores de aire, cuyos rendimientos al ser comparados en igualdad de condiciones con
otros motores, tienen grandes ventajas de operación sobre todo en lo que se refiere a trabajos
subterráneos.
Es así como un sin número de operaciones se realiza por medio de equipos movidos por aire
comprimido siendo los más comunes perforación, carguío, arrastre, transporte, iluminación,
desagüe, etc.
La compresión de aire se realiza en las máquinas conocidas con el nombre de “compresores”. En
ellas se aspira aire del ambiente y se aumenta su presión hasta que alcance un valor adecuado
para su utilización, una vez comprimido pasa a estanques de almacenamiento, y de allí, es
conducido, a través de una red de cañerías de distribución a los diferentes puntos de consumo en
el interior de la mina.
En la actualidad su principal aplicación en las actividades mineras aparece vinculada a la
perforación de tiros de voladura donde las máquinas neumáticas de percusión predominan casi sin
competencia en la perforación de rocas duras o muy duras, especialmente en diámetros de
menores de “5”. De acuerdo a la tecnología actualmente disponible, el arranque de rocas mediante
la perforación y voladura es una operación elemental, común e inevitable en toda faena minera. En
otras palabras, una faena minera particularmente en el caso de una explotación subterránea no
puede prescindir del aire comprimido.
GENERACIÓN DE AIRES COMPRIMIDOS
COMPRESORES MINEROS
Los compresores de aire en una minera subterránea, en especial en las faenas pequeñas y
medianas, son por lo general los que consumen la mayor proporción de energía. Su eficiencia tiene
por lo tanto una incidencia importante en los costos de operación de una faena minera.
I-Compresores de desplazamiento o volumétricas
II-Compresores dinámicos o turbocompresores
I) Los compresores de desplazamiento se subdividen a su vez en Compresores Alternativos o de
Pistón y Compresores Rotativos. En ellos el aire entra en una cámara de compresión cuyo volumen
se hace disminuir forzadamente mediante el desplazamiento de un émbolo (compresores
alternativos o de pistón), o de la rotación de ciertos elementos (Compresores Rotativos). Cuando la
presión en la cámara de compresión ha alcanzado el valor deseado se abre una válvula y el aire es
descargado a presión constante, en resumen la compresión se realiza por disminución forzada de
volumen.
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De acuerdo al principio físico según el cual comprimen al aire, se distinguen fundamentalmente dos
tipos de compresores:
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En el caso de los compresores mineros que entregan aire a una presión manométrica del orden de
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los 7 kg P/cm , la compresión se realiza normalmente en dos etapas y puede considerarse como
dos compresores de una etapa. En la primera fase el aire se comprime desde la presión
½
atmosférica hasta la presión intermedia (P2= P1*P2) ). En la segunda se alcanza la presión final
requerida entre ambos cilindros el aire para por un intercambiador de calor, donde es enfriado lo
más posible hasta la temperatura ambiente.
TÉCNICA DEL COMPRESOR
ETAPA DE COMPRESIÓN
Los procesos en el compresor son politrópicos,
esto quiere decir que la temperatura se
incrementa con la relación de compresión.
El trabajo de compresión aumenta a medida que
se eleva la temperatura. Con objeto de limitar la
temperatura y mejorar en consecuencia el
rendimiento de la compresión, normalmente se
realiza ésta en etapas entre una de las cuales se
refrigera el gas.
En la compresión en varias etapas se
incrementa también el rendimiento volumétrico, a
la vez que la relación de compresión sobre la primera etapa disminuye.
Se llega a un punto óptimo en la refrigeración intermedia cuando la temperatura del aire a la salida
del refrigerador posterior es igual a la temperatura del aire en la aspiración.
Si estamos en el punto óptimo de la refrigeración intermedia, el consumo de potencia mínimo se
consigue si las relaciones de compresión en todas las etapas son iguales.
A mayor número de etapas de compresión, la aproximación a la isoterma es mayor. Se tiene por
una parte un rendimiento de la compresión mayor; pero por otra parte el compresor se hace más
caro y complicado.
a) Compresores estacionarios: Se emplean en instalaciones destinadas a servir por muchos
años. Necesitan para su instalación un edificio especialmente apropiado. Las funciones
deben haberse calculado y especificado cuidadosamente, contra vibraciones y otras
solicitaciones a que están expuestas.
b) Compresores portátiles: estos compresores tienen la características de tener una gran
movilidad debido a que todo el conjunto (motor-compresor) va montado sobre un mismo
chassis con ruedas, estos compresores se caracterizan por trabajar a velocidades altas
que van de los 1.800 a 3.900 R.P.M (las últimas cifras se refiere a compresores de tornillos
o rotativos) su producción es del orden de 180 a 900 pie3/min. El compresor portátil tiene
su mayor aplicación en el trabajo de máquinas perforadoras montadas cobre orugas, que
tienen movilidad propia, en general se aplica en:
Aire Comprimido
COMPRESORES SEGÚN SU MOVILIDAD
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-Trabajos de corta duración; 6 meses, 1 año.
-Donde el compresor deba moverse mucho como explotación cielo-abierto.
-Donde los puntos de consumo estén repartidos y es posible alimentarlos indebidamente.
-Donde el frente avanza rápidamente.
-Donde debido a los trabajos de explotación no es justificada la instalación de una red.
c) Compresores semiportátiles: como su nombre lo indica ocupa una posición intermedia con
respecto a los descritos anteriormente, su campo de aplicación es también difícil de
establecer en forma categórica, puede instalarse directamente sobre un suelo arreglado
ligeramente y haciéndolo descansar sobre listones de madera, el conjunto compresorunidad motriz (diésel o eléctrica) está montado sobre un bastidor metálico, su capacidad
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puede estar en 650 pie /min. A 585 R.P.M.
TRANSMISION DE AIRE COMPRIMIDO
CAÑERIAS Y MATERIAL DE FABRICACION
Como es sabido, la transmisión del aire comprimido se realiza por medio de conductos o cañerías.
El material de fabricación de las cañerías para transmisión del aire es el acero. Sin embargo hoy en
día se están usando con éxito en trabajos provisorios o temporales la cañería de plástico, por otro
lado compañías europeas y americanas han desarrollado un tipo de cañerías metálicas mucho
más livianas que las cañerías de acero corriente; en base de aluminio.
Aunque los tipos de cañerías son varios, su diferencia más notable radica al efectuar los
acoplamientos de las uniones. Así se tiene que el tipo más corriente es la cañería con unión de
copla usada corrientemente con cañerías cuyo diámetro varia de 2 a 6 pulgadas en instalaciones
permanentes, su acoplamiento presenta dificultades por el hecho de producir escapes al ser
golpeada por carros descarrilados, caídos, etc.
En general, hoy día se tiende a usar solamente el sistema de cañerías unidas por coplas de hilos
para diámetros de 2 pulgadas, para diámetros mayores se prefiere aquel tipo que sea más fácil
unir y que ofrezca menos pérdidas.
Respecto a las fugas de aire, la unión que da mejores resultados que se aplica mucho hoy en día
en las transmisiones principales y permanentes, es la unión soldada eléctricamente, la única
desventaja o problema que existe es la incomodidad de soldar dentro de la mina.
La mantención de la cañería de aire comprimido debe realizarse periódicamente para mantener las
fugas de aire reducido a un mínimo. No es posible llegar a tener una red libre en un 100% de
escapes debido al tipo de trabajos y condiciones a que está sometida la instalación. Esto quiere
decir que por mucho que se insista en la instalación y mantención de la red siempre se producen
escapes difíciles de detectar.
Naturalmente que la importancia económica de las filtraciones pesa bastante sobre todo si los
escapes son cuantiosos. Hemos visto en párrafos anteriores que el aire comprimido es caro. La
relación entre energía consumida para producirlo y el trabajo proporcionado por la máquina que lo
utiliza es muy baja.
Aire Comprimido
MANTENCIÓN DE LA RED DE CAÑERIAS Y CONTROL DE LAS FUGAS DE AIRE
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Por otra parte las filtraciones por pequeñas que estas sean y si son numerosas pueden alcanzar en
ciertos casos valores importantes como por ejemplo un escape de aire por orificio de pulgada es
equivalente al consumo de aire de una perforadora de tamaño regular (25-28 kgs.). Una fuga a
través de un agujero consume aire constantemente mientras que una herramienta neumática, por
término medio, funciona solo un 40-50 por ciento del tiempo, por tanto una fuga consume del orden
del doble de la potencia que consumiría una herramienta con el mismo consumo instantáneo.
Las cusas corrientes en el escape de gases se producen principalmente en las siguientes partes
de la instalación:
A)
B)
C)
D)
En las uniones de las coplas atornilladas (la más común y la más importante)
En válvulas mal instaladas con empaquetadura deficiente.
En empalmes de cañerías o estanques o trampas.
En uniones sometidas o vibraciones o movimientos, ejemplos; cañerías con falta de
apoyo.
E) En cañerías con chanfle y tornillo, escape en las uniones, por empaquetaduras
deficientes o los tornillos de unión dobladas o curvados, no proporcionando debida
presión en la unión.
F) En acoplamiento de mangueras a cañerías y de las mangueras al equipo de aire
comprimido.
Como acusación se debe decir que la filtración de aire es improbable que ocurra a
través de las paredes de las cañerías, los escapes son en la gran mayoría en las
uniones ente: cañerías, válvulas, codos, etc. Es aquí donde debe inspeccionarse el
escape.
FORMA DE EVALUAR LAS PÉRDIDAS POR FUGAS DE AIRE
Existen tres métodos: el primero es esencialmente cualitativo y el segundo y tercero son
cuantitativos.
1°- La forma de operar es la siguiente, se colocan manómetros al final de la red, se lleva la presión
del aire hasta la presión de trabajo; en este momento se cierran las válvulas de paso del estanque
de aire y separan los compresores, se anota el tiempo que transcurre. Con este método no se
mide; sinó que se juzga de acuerdo a la rapidez del descenso de la presión.
3°-Este tercer método también evalúa las pérdidas. Se eleva la presión de airea la de trabajo,
luego se cierran todas las llaves de paso a las máquinas anulando el consumo de ellas y los
compresores se hacen trabajar de tal modo, que solo se conserve en el estanque la presión de
trabajo. Entonces las fugas de aire estarán representadas por el aire suplementario producido por
el trabajo del compresor.
Aire Comprimido
2°-con este método es posible saber el valor de las pérdidas. Consiste en calcular el volumen de la
red de aire, o sea la cantidad de aire libre que contendrá en las condiciones de trabajo de aire
comprimido. Se procede como en el caso anterior, o sea se eleva la presión a la de trabajo y luego
se controla el tiempo de descenso de la presión, con estos valores y el valor del aire libre calculado
anteriormente, se puede conocer la cantidad de aire comprimido perdido por fuga o escapes.