"EVALUACIÓN DE METODOS DE SISTEMAS DE AIRE COMPRIMIDO PARA
EQUIPOS EN MINERÍA SUBTERRÁNEA"
" EVALUATION OF COMPRESSED AIR SYSTEMS METHODS FOR UNDERGROUND MINING EQUIPMENT"
Guido A. Arrazola-Ccosi1 ;Kenedy D. Quispe Quizana2
1
Estudiante De Ingeniería De Minas, Universidad Nacional De Altiplano Puno,
guidoccosi369@gmail.com.
2
Estudiante De Ingeniería De Minas, Universidad Nacional De Altiplano Puno,
darwinquisped@gmail.com
RESUMEN
En mina subterránea el diseño de aire comprimido es muy importante al estar en constante
demanda de aire a lo largo de toda la operación pero sin embargo muchas veces se realiza
de manera empírica y estándar. Tomando parámetros condiciones de manera estándar, por
ello el objetivo de esta investigación es evaluar y desarrollar un método de sistema de aire
comprimido donde se tome en cuenta parámetros importantes y reales para un mejor
desempeño del sistema de aire comprimido
Se evaluaron metodos de diseño y sistemas de aire comprimido para una eficiente variables
de presión, flujo de aire, consumo de energía y eficiencia operativa.
La revisión muestra que la aplicación de mejores métodos y parámetros que estén respecto
al contexto de la operación minera puede mejorar significativamente el rendimiento de los
sistemas de aire comprimido en instalaciones mineras subterráneas, reduciendo perdidas de
presión y aumentando la capacidad y eficacia.
Palabras clave: aire, comprimido, métodos, minas, subterráneas.
ABSTRACT
In underground mines, compressed air design is very important as there is a constant demand
for air throughout the operation, but many times it is carried out in an empirical and standard
way. Taking parameters, conditions and equipment in a standard way, therefore the objective
of this research is to evaluate and develop a compressed air system method where important
and real parameters are taken into account for a better performance of the compressed air
system.
Design methods and compressed air systems were evaluated for efficient variables of
pressure, air flow, energy consumption and operational efficiency.
The review shows that the application of better methods and parameters that are related to
the context of the operation can significantly improve the performance of compressed air
systems in underground mining facilities, reducing pressure losses and increasing capacity
and efficiency.
Keywords: air, compressed, methods, mines, underground.
1
INTRODUCTION
dinámicos a las condiciones operativas,
optimizando el rendimiento y reduciendo el
consumo energético. Este estudio se
construye sobre estas investigaciones
previas, evaluando la aplicación de estas
tecnologías y prácticas en el contexto
específico de la minería subterránea.
La minería subterránea es una actividad de
alta demanda energética, especialmente en el
uso de equipos de perforación que dependen
de sistemas de aire comprimido (Jones et al.,
2020). La eficiencia de estos sistemas es
crucial para la operación rentable y
sostenible de las minas (Smith & Brown,
2019). Diversos estudios han abordado la
optimización de estos sistemas, resaltando la
importancia de variables como la presión de
trabajo, el flujo de aire, el consumo
energético y el mantenimiento preventivo
(Doe & Roe, 2018).
López Seiko, J. A.(2013) El aire comprimido
es crucial para las operaciones mineras
subterráneas, ya que actúa como fuente de
energía, medio de transporte de líquidos y
sólidos, insumo para procesos, y medio de
transmisión de señales para instrumentación
y control especialmente en cuanto a déficit
de aire y baja presión causada por la
insuficiente capacidad de los compresores y
deficiencias en la distribución debido a
diámetros incorrectos de las tuberías.
Smith & Brown (2019) destacan que el
mantenimiento regular y la detección de
fugas son esenciales para mantener la
eficiencia del sistema.
Doe & Roe (2018) han demostrado que el
uso de tecnologías avanzadas, como
compresores de velocidad variable y
sistemas de monitoreo en tiempo real, puede
mejorar significativamente la eficiencia
operativa. Este estudio se propone evaluar el
rendimiento de sistemas de aire comprimido
en minería subterránea, considerando estas
variables y recomendaciones previas.
METODOLOGÍA
Para poder iniciar con una revisión optima y
precisa debemos saber que el sistema de
redes de suministro de aire comprimido se ah
realizado por años de manera estándar. Y
generalmente no se tiene en cuenta las
necesidades de dicho fluido y las
dificultades en las instalaciones de la mina.
También debemos tener en cuenta la
correcta elección de equipos para ello
tendremos que evaluar y proyectar diferentes
parámetros.
Pérez y Torres (2017) han identificado que
las pérdidas por fugas en los sistemas de aire
comprimido pueden alcanzar hasta el 30%
del consumo total, lo que subraya la
importancia de la detección y corrección
temprana de estas fugas. De igual forma,
Rodríguez y García (2016) argumentan que
la implementación de programas de
mantenimiento preventivo puede reducir
significativamente
las
paradas
no
planificadas y mejorar la vida útil de los
equipos.
Los materiales que se consideró
principalmente en (Lopez Seiko, 2013)&
(Sarmiento, 2019) con sus respectivas
fórmulas para determinar el consumo de
aire, perdida de presión de las maquinas
importantes en mina.
En la metodología tradicional estándar de
diseño de las redes de suministro de aire
comprimido se desarrolla de la siguiente
manera. (Sarmiento, 2019)
Gómez et al. (2019) han explorado el
impacto de la automatización y control
inteligente en los sistemas de aire
comprimido, concluyendo que estos
enfoques pueden proporcionar ajustes
2
Factor de corrección de altitud.- Para una
evaluación debemos tomar en cuenta varios
parámetros como por el ejemplo que Al
transportar un compresor a diferentes
altitudes, se debe considerar la variación en
la presión atmosférica para ajustar el
volumen de aire comprimido y el consumo
de las máquinas. Los cálculos presentados
ayudan a entender estas variaciones y a
aplicar los factores de corrección necesarios
para mantener un rendimiento óptimo del
compresor por ello variando de lo anterior
dicho hay algunos factores de corrección
como por ejemplo el factor de corrección por
altura
Fig1 esquema de la metodología tradicional de las redes
de suministro de aire comprimido en condiciones estándar
(Sarmiento, 2019)
Factor de corrección (F) según (Lopez
Seiko, 2013)
Calculo de demandas en condiciones
estándares.- para ello usaremos datos
estándares proporcionados (CAGI -Institute,
2007)
∗
. . . . . . . . . . . . . . . 1)
= Volumen de aire después de ser
comprimido a la presión (P) al nivel del mar.
Tabla 1: Datos estándares a considerar para calculo de
demandas en condiciones estándares (CAGI -Institute,
2007)
= Volumen de
comprimido a la
altura deseada.
aire
∗
1∗
Para determinar el consumo de aire de las
máquinas hemos utilizado la relación
siguiente:
Tabla 2: Representación de la demanda del caudal y
presión. (Sarmiento, 2019)
E_1
E_2
E_3
:
.
E_n
Demanda
cfm
Q_1
Q_2
Q_3
:
.
Q_n
...............2
Consumo de aire de las maquinas en
condiciones reales .-
A continuación, se realiza la presentación de la
demanda del suministro de aire comprimido.
Para ello se recopilaron los requisitos de
equipamiento. Ahora continuamos mostrando
cómo contar unidades.
Equipos
1
luego de ser
presión (P) a la
.
Presión
psig
P_1
P_2
P_3
:
.
P_n
.
.
.
!
!
… … … … .. 3
P = Presión manométrica del aire
comprimido en el recibidor. (Requerida por
equipo lb/pul2).
= Presión atmosférica a la altura deseada
(nivel de trabajo lb/pulg2).
= Presión atmosférica a nivel del mar
lb/pulg2 donde:
Total
Requerimiento
(R.R)
3
real Requerimiento
catalogo (
)
#. #
1
1
herramienta. Sin embargo, es posible limitar
las pérdidas de presión a valores
relativamente pequeños y aceptables. En una
mina, se considera aceptable una caída de
presión de hasta 7 lb/pulg² (0.5 kg/cm²).
#. #
Demanda de los equipos es un factor crucial
en el sistema de aire comprimido por ellos
tomaremos lo indicado.(Sánchez, 2019)
Si el sistema de instalación no está bien
diseñado y la presión de trabajo requerida
por la herramienta o equipo neumático no se
puede mantener, la potencia de las máquinas
neumáticas disminuye más que la caída de
presión. Esto reduce significativamente el
rendimiento de las herramientas.
Cálculos de caída de presión
Caída de presión estándar
Tabla 3:Cálculo de la demanda de aire.
Otro factor importante a considerar es la
perdida de presión puesto que En
condiciones normales de operación, la
mayoría de las herramientas y equipos
neumáticos están diseñados para funcionar
de manera óptima a una presión de trabajo
entre 80 y 100 lb/pulg² (CAGI -Institute,
2007). Sin embargo, es fundamental
entender que la presión del aire en el
compresor no es la misma que la presión del
aire en la herramienta. La presión de
descarga final de los compresores suele estar
entre 85 y 100 lb/pulg². en (Lopez Seiko,
2013)
……………...(4)
Calculo de la caída de presión
$%
&∗'∗
% ∗ ()
................... * ∗ +) ∗ ,-
Capacidad efectiva de los compresores.Para determinar la capacidad efectiva de los
compresores, se utilizó el método "Bombero
de Tanque", que es simple y no requiere
instalaciones adicionales. Este método
consiste en operar un compresor a una
velocidad y presión de salida medidas y
registrar el tiempo necesario para aumentar
la presión de un depósito de volumen
conocido desde la presión atmosférica hasta
una presión máxima establecida. Es crucial
que el depósito esté completamente vacío y
libre de condensación y fugas antes de
comenzar. Para estimar la capacidad efectiva
de cinco compresores, se utilizó una fórmula
específica.
Entre el compresor y la herramienta se
encuentra un sistema compuesto por un
depósito de aire y una red de tuberías que
distribuyen el aire comprimido por toda la
mina. Además, el sistema incluye
mangueras, llaves y conexiones, las cuales
ofrecen resistencia al paso del aire
comprimido. Esta resistencia provoca una
pérdida de presión significativa durante el
recorrido del aire desde el compresor hasta
la herramienta. (Lopez Seiko, 2013)
RESULTADOS
La adaptación de métodos y parámetros
específicos al contexto de la operación
minera
subterránea
mejora
significativamente el rendimiento del
sistema de aire comprimido. Esto incluye la
consideración de la altitud y la variabilidad
En la práctica, no es posible transmitir toda
la energía (presión) directamente a la
4
de la presión , factores cruciales en la
operación eficiente de compresores en
diferentes niveles de la mina así como la
elección y la capacidad de equipos en mina.
Sarmiento
(2019),
se
destacan
fórmulas especiales para
determinar
el flujo de aire y la pérdida de presión
en maquinaria crítica en la mina.
Al considerar exhaustivamente cada uno de
estos aspectos, se logra no solo mantener el
rendimiento óptimo del sistema, sino
también reducir significativamente los
costos operativos. La implementación de
este enfoque integral permite a las minas
operar con mayor eficacia, mejorar la
productividad y asegurar una mayor
durabilidad de los equipos, contribuyendo al
éxito general de las operaciones mineras.
El método tradicional estándar de diseño de
redes neumáticas
desarrollado por
Sarmiento (2019) se basa
en pasos específicos y utiliza fórmulas clave
para garantizar un diseño eficiente y
funcional.
En eficiencia de los sistemas de aire
comprimido en la minería subterránea
depende de pruebas exhaustivas que tengan
en cuenta la presión operativa, el flujo de
aire, el consumo de energía y un
mantenimiento preventivo riguroso. La
aplicación de tecnologías avanzadas y
prácticas de mantenimiento efectivas, así
como el diseño apropiado de la red de
suministro,
pueden
mejorar
significativamente la eficiencia operativa,
reducir costos y contribuir al desarrollo
sustentable de las operaciones mineras.
Por ultimo, determinamos para que un
sistema de aire comprimido sea eficiente es
necesario tomar en cuenta tanto datos
estándares como datos reales de la mina
como también parámetros que pueden variar
de una mina a otra .
DISCUSIÓN
La minería subterránea es una actividad de
alta demanda energética, con un énfasis
particular en los sistemas de aire
comprimido utilizados en los equipos de
perforación. La eficiencia de estos sistemas
es crucial para la operación rentable y
sostenible de las minas, como lo destacan
varios estudios recientes.
CONCLUCION
Después de una integra revisión de
parámetros a considerar logramos obtener
una metodología asegura una revisión
exhaustiva y precisa del diseño de redes de
suministro de aire comprimido en minas. Al
considerar las demandas de los equipos,
aplicar factores de corrección por altitud,
calcular el consumo real de aire, evaluar las
pérdidas de presión y determinar la
capacidad efectiva de los compresores, se
garantiza un sistema de aire comprimido que
opera de manera eficiente, manteniendo el
rendimiento óptimo y reduciendo costos
operativos
López Seiko (2013) resalta que el aire
comprimido es crucial para las operaciones
mineras subterráneas, actuando como fuente
de energía, medio de transporte de líquidos y
sólidos, insumo para procesos, y medio de
transmisión de señales para instrumentación
y control. La insuficiente capacidad de los
compresores y las deficiencias en la
distribución debido a diámetros incorrectos
de las tuberías pueden causar déficit de aire
y baja presión, afectando la eficiencia
general del sistema.
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principalmente en las
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5
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CAGI -Institute, C. A. (2007). CAGI Compressed Air & Gas Institute.
Obtenido de
https://www.cagi.org/resourcelibrary
Lopez Seiko, J. A. (2013).
“MEJORAMIENTO DEL SISTEMA
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