Proyecto Ventilación Mina

Salamanqueja

Asignatura: MIN 440 Ventilación

Profesor: Esteban Marinkovic

Ayudante: Pablo Moyano

Nombre: Omara Roco Aracena

Fecha: 20/08/2019

1
 Índice
1. Resumen...................................................................................................................3
2. Introducción..............................................................................................................3
3. Objetivo, Propósito y Alcance...................................................................................4
4. Antecedentes Generales...........................................................................................4
Antecedentes del Proyecto......................................................................................................4
Criterios de Diseño – Infraestructura Existente.......................................................................5
Ventilación e Infraestructura Principal........................................................................7
5. Criterios Generales y Cálculo de Requerimiento de Caudal......................................7
Requerimiento de Caudal por concepto de Personal.......................................................................8
Requerimiento de Caudal por concepto de Dilución de gases de Equipos.......................................................8
Requerimiento de Caudal por concepto de gases de Tronadura....................................................................11
Determinación de Requerimiento de Caudal de Aire Fresco..........................................................................13
Velocidad en galerías, piques y chimeneas de ventilación.............................................................................14
Longitudes, áreas y perímetros......................................................................................................................15
6. Descripción del Sistema de Ventilación......................................................15
Ventilación por Niveles...................................................................................................................15
Análisis del Sistema de Ventilación................................................................................................15
Ventilación Principal....................................................................................................................... 15
Ventilación Auxiliar......................................................................................................................... 16
7. Simulación y Cálculo de Ventiladores Principales.......................................18
Condiciones de Simulación............................................................................................................ 18
Simulación Circuito de Ventilación..................................................................................................19
Estimación de secciones económicas............................................................................................20
Cálculo de Ventiladores Principales...............................................................................................21
Curvas Características de los Ventiladores....................................................................................22
8. Estimación de Consumo de Energía...........................................................24
9. Estimación de Inversión y Costos...............................................................25
10. Análisis de gases contaminantes..............................................................27
11. Variaciones en el ritmo de Producción......................................................28
12. Conclusiones y Comentarios.....................................................................28
 1. Resumen
En el presente informe se da a conocer los resultados de un diseño de sistema de
ventilación realizado para la Mina Salamanqueja, la cual se explota con el método
Cut & Fill.

La ventilación en una mina subterránea es el proceso mediante el cual se hace

circular por el interior de la misma el aire necesario para asegurar una atmósfera
respirable y segura para el desarrollo de los trabajos

Antes del diseño, se debe calcular los requerimientos de caudal ya sea por
concepto de personal, dilución de gases de los equipos o por gases de tronadura.
Luego se debe dimensionar los ventiladores principales a ocupar, y a analizar la
ubicación y cómo se realizará la inyección y extracción del aire.

Para el modelamiento del circuito se utilizó el software VentSim, el cuál permite la

simulación de ventilación de minas subterráneas diseñado para modelar y simular
ventilación, flujos de aire, presiones, calor, gases, finanzas y muchos otros tipos
de datos de ventilación de un modelo de túneles y pozos. Teniendo el diseño
completo del circuito de ventilación es posible estimar los consumos de energía,
costos e inversiones a realizar durante los 10 años.

2. Introducción

La adecuada ventilación en operaciones de minería subterránea es un proceso de

vital importancia para asegurar una atmósfera respirable y segura en beneficio de
los trabajadores y para un óptimo desarrollo de sus funciones. Su relevancia, se
debe principalmente a la influencia en la salud de las personas y la productividad,
al punto que sin sistemas de ventilación es imposible tener minería subterránea.
En el presente informe se da a conocer el diseño del sistema de ventilación
planteado para la Mina Salamanqueja, con el fin de entregar una solución eficiente
para los requerimientos de aire fresco, que deben dirigirse hacia los caserones.
 Posteriormente se realiza una descripción respecto a los criterios necesarios para
el cálculo del requerimiento de caudal ,así como también de la infraestructura
necesaria para llevar a cabo el objetivo. Todo esto considerando la legislación
vigente para la ventilación en minas subterráneas.

En el Software VentSim se realizó una simulación del sistema de ventilación

propuesto, ésta permite obtener la distribución de los flujos y una estimación de
los consumos de energía, inversión y costos de operación a lo largo de la vida útil
de la mina.

3. Objetivo, Propósito y Alcance

El objetivo es dimensionar los sistemas de ventilación principal y auxiliar
asociados a las etapas de preparación, desarrollo y producción en la Mina
Salamanqueja, suministrando el oxígeno necesario para la respiración de las
personas, proporcionar el volumen de aire para los equipos diesel e instalaciones
subterráneas, evitar la formación de mezclas explosivas, diluir y extraer los gases
tóxicos y polvo en suspensión, para que de tal manera se logre abastecer aire
suficiente y de calidad en los sectores en donde se realizan las labores mineras.
El propósito del presente informe es entregar los resultados obtenidos en el
cálculo de requerimiento de aire, los criterios y antecedentes considerados en el
diseño, y la simulación del circuito de ventilación llevado a cabo.

Dentro de los alcances del trabajo es generar un sistema general de ventilación

con los requerimientos de caudal, ubicación y verificación del dimensionamiento
de ventiladores principales y auxiliares. El dimensionamiento del sistema general
de ventilación abarca el dimensionamiento tanto de los ventiladores como el de las
chimeneas y galerías de ventilación a usar.

4. Antecedentes Generales

4.1Antecedentes del Proyecto

El yacimiento Salamanqueja es una mina subterránea ubicada en la comuna de

Camarones, a 80 kilómetros al sur de la ciudad de Arica– siendo adjudicado por 15 años a
Pampa Camarones S.A. La explotación subterránea de la mina Salamanqueja considera
reanudar la explotación subterránea de la mina hasta la Cota 540 m.s.n.m. El acceso al
yacimiento es mediante 3 rampas situadas en los sectores Norte, Central y Sur que
conectan toda la Mina. El método de explotación considerado para este proyecto es Cut &
Fill. Es una alternativa de explotación que genera menor dilución y mayor estabilidad, pero
a un mayor costo.
La reserva minera se determinó a partir de un modelo de recursos interpretado, al que se
aplicó los costos operacionales y el precio del cobre esperado. La ley de corte aplicada es
de 1.40% CuT para el caso de la mina subterránea y las reservas estimadas en 2.343 Kt.
Dado un plan minero cuya duración es de 10 años, se logra establecer los
requerimientos de caudal dependiendo del ritmo de producción que se tenga.
Según el modelo entregado de la mina, fue posible llevar a cabo el circuito de
ventilación y su simulación.

4.2 Criterios de Diseño – Infraestructura Existente

El diseño del sistema de ventilación realizado es más bien conceptual, puesto que
la información entregada es más bien general, como los datos de caudal, caídas
de presión, eficiencia de los equipos.

El diseño de ventilación realizado debe cumplir con la legislación vigente del país,
representada por el Reglamento de Seguridad Minera del Decreto Supremo 132 y
el Decreto Supremo 594 de las Condiciones Sanitarias y Ambientes básicos en los
lugares de trabajo.
En general, los fundamentos se basan en todas las disposiciones
documentadas en el Decreto Supremo N° 132. Algunos de ellos se
detallan a continuación:
Artículo 132:
El caudal de aire necesario por máquina debe ser el especificado
por el fabricante. Si no existiese tal especificación, el aire mínimo
será de dos coma ochenta y tres metros cúbicos por minuto (2,83
m3 /min.), por caballo de fuerza efectivo al freno, para máquinas en
buenas condiciones de mantención.
Artículo 137:
En toda mina subterránea se deberá disponer de circuitos de
ventilación, ya sea natural o forzado a objeto de mantener un
suministro permanente de aire fresco y retorno del aire viciado.
Artículo 138:
En todos los lugares de la mina, donde acceda personal, el
ambiente deberá ventilarse por medio de una corriente de aire
fresco, de no menos de tres metros cúbicos por minuto (3 m3 /min)
por persona, en cualquier sitio del interior de la mina. En cuanto a
las velocidades, como promedio, no podrán ser mayores de ciento
cincuenta metros por minuto (150 m/min.), ni inferiores a quince
metros por minuto (15 m/min.).

El caudal de aire que circule por la mina dependerá del número de trabajadores, la
extensión y sección de las labores, el tipo de maquinarias de combustión interna y
las emanaciones de gases naturales de la mina. Se aumentará el cálculo del
caudal requerido en un 15% para tener un resguardo respecto a perdidas por
choque o fricción.

Toda mina subterránea deberá disponer de Circuitos de Ventilación, natural o

forzado, para mantener un suministro permanente de aire fresco y retorno del aire
viciado. Los ventiladores principales a usar poseen variadores de frecuencia, los
cuales nos permiten un ajuste del punto de operación variando la velocidad de
rotación, y también poseen mayor flexibilidad al poder cambiar el ángulo entre sus
aspas.

El dimensionamiento de las chimeneas y galerías de ventilación se contruyen

según la cantidad de caudal y las velocidades máximas permitidas para el
proyecto. Su ubicación debe ser tal que se trate de minimizar los costos y permita
llevar el caudal necesario para cada caserón.

La construcción de chimeneas se realizará con Raise Borer, cuyas ventajas es la

sección circular de perforación y su bajo coeficiente de fricción.

Otros criterios a considerar tanto para el diseño, dimensionamiento y simulación

es una densidad de aire igual a 1,15 Kg/m 3 correspondiente a una altura de 527
m.s.n.m., y que el aire es un fluido compresible.

La mina Salamanqueja posee 9 caserones a explotar durante los 10 años de vida

útil. Cada caserón tendrá distintos sectores para explotar (entre 6 y 7 por caserón),

El mineral es arrancado por franjas horizontales empezando por la parte inferior del
tajo y avanzando verticalmente. Cuando se ha extraído la franja completa, se
rellena el volumen correspondiente con material estéril (relleno), que sirve de piso y
al mismo tiempo permite sostener las paredes, y en algunos casos especiales el
techo. Este modelo generalmente es utilizado en yacimientos que presenten fuerte
buzamiento (superior a los 50° de inclinación), características físico-mecánicas del
mineral y roca caja relativamente mala, potencia moderada y limites regulares del
yacimiento. En cuanto a sus ventajas; presenta una recuperación cercana al 100%,
es altamente selectivo (se pueden trabajar secciones de alta ley y dejar aquellas
zonas de baja ley sin explotar), puede alcanzar un alto grado de mecanización. Por
otro lado, también presenta desventajas tales como costo de explotación elevado,
bajo rendimiento (debido a la paralización de la producción como consecuencia del
relleno) y consumo elevado de materiales de fortificación.
Además cada uno de los caserones se conectan por medio de una Rampa de
acceso proveniente desde la superficie.
 Figura 1: Perfil longitudinal con los caserones a explotar

En conclusión, la mina posee una red de galerías repartidas por cada caserón.
Dichas galerías sirven para la conducción del aire, cuyas ramas principales
conectan con la rampa de acceso y también con los caserones, lo cual nos da una
idea respecto a cómo podría ser el circuito de ventilación.

4.3 Ventilación e Infraestructura Principal

El diseño del sistema de ventilación principal debe ser tal que minimice las pérdidas
de presión por choque o requiera de regulación excesiva, y debe estar pensado en
operar eficientemente durante toda la vida del proyecto que corresponde a 10 años.
El sistema de ventilación principal operará 24 horas diarias, 7 días por semana
durante los 365 días del año.

Basándose en la infraestructura existente, se ha evaluado la inyección de aire

fresco por medio de una chimenea, la cual se conecta por medio de galerías de
ventilación con la rampa de acceso.

La inyección se realizará con la ayuda de un ventilador principal con sistema que

permitirá regular los caudales, presiones de aire y potencia requerida. Esta
regulación se visualiza en los cambios de velocidad de rotación del ventilador y en
el ángulo entre las aspas del mismo. Además ingresará aire fresco desde la rampa
de acceso.

El aire viciado se extraerá por medio de una chimenea de extracción con un

ventilador principal, con salida hacia la superficie.

Por otra parte, también se prevé instalar ductos y ventiladores auxiliares con el fin
 de poder ventilar las galerías de producción, donde se consideró los caudales del
LHD y a la salida de la galería el caudal agregando 1 camión, el cual llevará a
planta el material extraído, éstos ventiladores auxiliares permiten cumplir con el
requerimiento de caudal en zonas específicas.

5. Criterios Generales y Cálculo de Requerimiento de Caudal

Se debe considerar diversos criterios para determinar el caudal necesario para

inyectar. Los criterios utilizados están regidos por el Reglamento de Seguridad
Minera en su Decreto Supremo 132, los cuales se presentan a continuación.

Requerimiento de Caudal por concepto de Personal

Todo lugar donde transite personal se requiere como mínimo un caudal de 3
m3/min por persona.

Fórmula 1. Caudal por concepto de personal

Se ha supuesto un total de 5 personas de forma permanente por turno en cada
frente, por lo tanto el caudal equivaldría a:

Caudal requerido para 50 personas:

Requerimiento de Caudal por concepto de Dilución de gases de Equipos

Se consideraron los siguientes modelos de equipos diésel.
Camiones de bajo perfil Tipo DUX TD26 (Con factores de simultaneidad 1, 0,7 y 0,5 para los
siguientes, respectivamente)
LHD tipo ST1020
El cálculo de la cantidad de camiones de carguío y transporte se detalla a
continuación:
 Distancia( añ N°LH tiempo tiempo tiempo TPD N°Camione
Caserón m) o ton/día D   ida vuelta ciclo Ciclos /dia camion s
192,32876 25,938416 658,83577
1 1701,6 1 7 1   0,2127 0,17016 0,67 3 3 1
269,26027 25,938416 658,83577
1 1701,6 2 4 1   0,2127 0,17016 0,67 3 3 1
0,194962 27,244097 692,00006
2 1559,7 2 115,39726 1   5 0,15597 0,63 2 8 1
0,194962 27,244097 692,00006
2 1559,7 3 115,39726 1   5 0,15597 0,63 2 8 1
246,18082 0,202862 26,646688 676,82588
3 1622,9 3 2 1   5 0,16229 0,65 5 8 1
92,317808 30,287981 769,31472
4 1276,4 3 2 1   0,15955 0,12764 0,57 2 3 1
138,47671 30,287981 769,31472
4 1276,4 4 2 1   0,15955 0,12764 0,57 2 3 1
242,33424 0,159512 30,291565 769,40575
5 1276,1 4 7 1   5 0,12761 0,57 1 3 1
76,931506 32,165393 817,00099
6 1128,4 4 8 1   0,14105 0,11284 0,54 7 9 1
169,24931 32,165393 817,00099
6 1128,4 5 5 1   0,14105 0,11284 0,54 7 9 1
307,72602 29,276557 743,62455
7 1364 5 7 1   0,1705 0,1364 0,59 3 5 1
292,33972 34,885951 886,10315
8 942,2 6 6 1   0,117775 0,09422 0,50 1 7 1
30,772602 34,885951 886,10315
8 942,2 7 7 1   0,117775 0,09422 0,50 1 7 1
238,48767 36,577363 929,06503
9 840,4 7 1 1   0,10505 0,08404 0,47 5 3 1
138,47671 36,577363 929,06503
9 840,4 8 2 1   0,10505 0,08404 0,47 5 3 1
76,931506 36,577363 929,06503
9 840,4 9 8 1   0,10505 0,08404 0,47 5 3 1
38,465753 36,577363 929,06503
9 840,4 10 4 1   0,10505 0,08404 0,47 5 3 1
60,988235 1549,1011
10 0         0 0 0,28 3 8 1
60,988235 1549,1011
11 0         0 0 0,28 3 8 1
60,988235 1549,1011
12 0         0 0 0,28 3 8 1

Tabla 1. Cantidad de Equipos

En la imagen anterior se calculó la cantidad de camiones y LHD para cada caserón,

a partir de las distancias de la entrada de la rampa hacia la entrada del caserón.
Por lo tanto, una vez obtenida la cantidad de equipos, se procedió a calcular el
caudal necesario para la dilución de gases en cada caserón, teniendo en cuanta los
factores de simultaneidad y la cantidad de caudal necesaria por equipo que son 4,2
m3/s para el LHD Y 11.8 m3/s para los camiones, y los resultados por concepto de
producción fueron los siguientes:

Dichos equipos son utilizados tanto para Producción como en Avances.

En el caso del Caudal de Producción se ha supuesto la dotación permanente de 1

LHD tipo ST1020 en cada caserón, por lo tanto el caudal requerido para carguío
viene dado por:

Fórmula 2. Caudal Carguío LHD

 Los caudales de las perforadoras antes nombradas no son especificados en sus
cartillas técnicas. Sin embargo si se puede saber la potencia normal, y con ello se
puede realizar el cálculo a partir de lo indicado en el Reglamento de Seguridad
Minera.

3
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙 [𝑚 ] = 2,83 𝑚3
] ∗ 𝐻𝑃
1[𝑚𝑖𝑛]
[ 𝑚𝑖𝑛 ∙ 𝐻𝑃
𝑠 ∗ 60[𝑠]

Fórmula 3. Caudal Perforadoras

A continuación se presenta una tabla con los equipos de perforación a utilizar, sus
respectivas potencias nominales y su caudal requerido:

Equipo Potencia nominal Caudal

(HP) (m3/s)
Boomer 282 (Atlas Copco) 78 3,679
Simba H 1254 (Atlas 70 3,301
Copco)
Tabla 2: Caudal Requerido por máquinas perforadoras por concepto de dilución de gases

Cabe mencionar que el caudal requerido por concepto de dilución de gases

de equipos es distinto para cada caserón, en función de la producción dada
por el plan minero.

Requerimiento de Caudal por concepto de gases de Tronadura

Tanto para Avances como Producción es necesario ejecutar la Tronadura, por lo
que se requiere un caudal adicional para diluir los gases y humos producto de los
explosivos durante esta labor minera. El cálculo del caudal requerido se basa en lo
indicado por el Reglamento de Seguridad Minera dada la siguiente fórmula:

𝑄 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑎𝑑𝑢𝑟𝑎 [ 𝑚3 ] = 𝐺 ∗ 𝐸
𝑚𝑖𝑛 𝑇∗𝑓

Fórmula 4: Caudal por concepto de gases de Tronadura

Donde G corresponde a la formación de gases por m 3 equivalente a 0,04 m3/kg, f
es el porcentaje de dilución de gases en la atmosfera igual a 0,008%, E es la
cantidad de explosivos en Kg y T el tiempo de dilución en min. Dependiendo de la
cantidad de mineral a remover dado el plan minero, va a variar el tiempo de
dilución y la cantidad de explosivos.

Dado los siguientes datos es posible realizar el cálculo de explosivos tanto para
Producción, Desarrollo y Preparación.

Factor de carga (FC) 0,3 kg/m3

Producción
Factor de carga (FC) Avance 0,7 kg/m3
Galería Desarrollo 4m x 4 m
Galería Preparación 4mx4m
Largo Perforación Desarrollo 3,8 m
Largo Perforación Preparación 3,8 m
Avance Desarrollo 90%
Avance Preparación 90%
Densidad de Roca 2,7
ton/m3
Esponjamiento 30%
Ajuste Área 90%
Tabla 3: Datos necesarios para el cálculo de explosivos

Para Producción la cantidad de explosivos viene dada por la siguiente expresión:

𝐾𝑔
𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑖𝑛𝑒𝑟𝑎𝑙 𝑎 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑒𝑟 [𝑡𝑜𝑛] ∗ 𝐹𝐶 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 [ ]
𝐸 (𝐾𝑔) = 𝑡𝑜𝑛 𝑚3
𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑗𝑎𝑑𝑎 [ 3 ]
𝑚
Fórmula 5: Cantidad de Explosivos en
Producción

En dónde la cantidad de mineral a remover viene dada por el plan minero, por lo
que la cantidad de explosivos varía cada año.

Para Desarrollo la cantidad de explosivos viene dada por la siguiente expresión:

𝐾𝑔
𝐸 (𝐾𝑔) = 0,7 [ 3] ∗ 4[𝑚] ∗ 4[𝑚] ∗ 0,9 ∗ 3,8[𝑚] ∗ 0,9 =38,3 𝐾𝑔
𝑚
Para Preparación la cantidad de explosivos viene dada por la siguiente expresión:
𝐾𝑔
𝐸 (𝐾𝑔) = 0,7 [ 3] ∗ 4[𝑚] ∗ 4[𝑚] ∗ 0,9 ∗ 3,8[𝑚] ∗ 0,9 = 38,3 𝐾𝑔
𝑚
 Determinación de Requerimiento de Caudal de Aire Fresco

Para determinar el caudal ya sea por caserón, desarrollo o preparación se elegirá

el caudal máximo entre los de carguío + transporte, tronadura o perforación. Al
caudal máximo elegido adicionalmente se le debe sumar el caudal de las 5
personas que estarán en el frente, y dicho valor obtenido se debe agregar un 15%
por concepto de fugas y pérdidas.

Luego para obtener el caudal requerido por año se suman los caudales totales por
desarrollo, preparación y caserones pertenecientes a ese año, y nuevamente
aumentar el caudal en un 15% por resguardos. A continuación se presenta una
tabla resumen con los caudales obtenidos:
Req Caudal x m3/ 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,54458
Caseron s 833 833 833 833 833 833 833 833 833 33
Req Caudal x m3/ 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,5445 35,54458
Desarrollo s 833 833 833 833 833 833 833 833 833 33
Req Caudal x m3/ 13,8479 13,8479 13,8479 13,8479 13,8479 13,8479 13,8479 13,8479 13,8479 13,84791
Preparación s 167 167 167 167 167 167 167 167 167 67
m3/ 87,8120 87,8120 87,8120 87,8120 87,8120 87,8120 87,8120 87,8120 87,8120 87,81208
Req Q TOTAL MINA s 833 833 833 833 833 833 833 833 833 33

Tabla 4. Caudales Requeridos por año

Velocidad en galerías, piques y chimeneas de ventilación
Las velocidades tanto en labores correspondientes al sistema de ventilación como
aquellas donde circula personal poseen ciertas limitaciones, las cuáles son
necesarias a considerar durante el criterio de diseño del sistema de ventilación.

De acuerdo al Reglamento de Seguridad Minera, el rango de velocidades para

galerías donde transite personal o donde se esté llevando a cabo las diversas
labores mineras es 0,25 m/s velocidad mínima y 2,5 m/s velocidad máxima.

A través del VentSim se logra obtener velocidades en el sector donde se realiza el

carguío del mineral en los respectivos caserones:
caserón velocidades m/s
1(1) 1,1
1(2) 1,1
2(2) 1
2(3) 0,9
3(3) 0,9
4(3) 1
4(4) 0,9
5(4) 1
6(4) 1,1
6(5) 1,1
7(5) 1
8(6) 0,9
8(7) 0,9
9(7) 1
9(8) 0,8
9(9) 0,9
9(10) 0,9

Figura 2. Velocidades para cada caserón

 Para galerías de ventilación principal es de 12 m/s, y en el caso de
chimeneas o piques de ventilación es 20 m/s. Las velocidades
obtenidas gracias a la simulación en el programa de VentSim son:

Instalación Velocidad
obtenida
Chimenea o Pique de 10,9 m/s
Ventilación
Tabla 5. Velocidades obtenidas en galerías y chimeneas de ventilación

Longitudes, áreas y perímetros

Dado el diseño predeterminado de la Mina Salamanqueja, las
dimensiones de las galerías y chimeneas de ventilación se
presentan a continuación:

Instalació Diámetro Área Perímetro Longitud Total

n (m) (m2) (m) (m)
Chimenea 4,10 13,20 12,9 312,4
Tabla 6. Longitud total, área y perímetro de chimeneas de ventilación

Adicionalmente se adjunta las dimensiones correspondientes a las

galerías de labores mineras, siendo estás las vías principales por
donde circula el aire demandado por el personal y los equipos:

Instalación Alto Ancho Área Perímetro

(m) (m) (m2) (m)
Galería de 4 4 16 15,8
labores

Tabla 7. Área y perímetro de galería de labores

6. Descripción del Sistema de Ventilación

6.1 VENTILACIÓN POR NIVELES
Se debe considerar que el LHD es el único equipo que se encontrara al interior de
la galería de avance mientras que los equipos de transporte se ubicaran en la
salida del frente de producción. La limpieza de aire luego del séptimo año se
realizará a través de un subnivel de producción conectado a la chimenea principal y
al pique, antes de este año se realizaba solo con la salida de aire del pique.
Mientras que en la ventilación de desarrollo se considera que el carguío de los
equipos de transporte será en algún punto dentro del sistema de desarrollo o
preparación. Se considera una pala y un camión.
6.2 ANALISIS DEL SISTEMA DE VENTILACIÓN
La función esencial del ventilador principal es inyectar aire limpio a través de la
chimenea principal, la cual tendrá una conexión directa a una rampa de desarrollo,
mientras que la rampa principal tendrá una conexión junto a un dique de extracción
de aire.
Figura 3. Chimenea principal (gris)

Características de los ductos de ventilación:

 Fricción: 0.0029 [kg/m3]
 Dimensiones: 0,9 [m] (El cual fue obtenido por las dimensiones de las galerías,
desarrollo, producción o preparación, junto con las dimensiones de los equipos
utilizados en la faena)
 Porosidad de fuga 10 [mm/m2]
 Intervalos de fuga: 25 [m]

6.3Ventilación Auxiliar
El proyecto se divide en 3 etapas fundamentales: Preparación, Desarrollo y
Producción.
Tanto Preparación como Desarrollo requieren ventilación auxiliar para el avance.
Para efectos de la limitada información dado que es de ingeniería conceptual, lo que
se realizó fue dimensionar y simular una ventilación auxiliar en distinta partes de la
mina.
año 1 m
 caserón 1 203,8
año 2
caserón 1 203,8

caserón 2 324,3

año 3
caserón 2 324,3
caserón 3 318,4
caserón 4 327,6

año 4
caserón 4 327,6
caserón 5 238,3
caserón 6 297,3

año 5
caserón 7 272,7
año 6
caserón 8 330,5

año 7
caserón 8 330,5
caserón 9 244,5

año 8
caserón 9 244,5

año 9
caserón 9 244,5

año 10
caserón 9 244,5
Tabla 8 . Ductos ventilación auxiliar

El diseño del sistema de ventilación consiste en inyectar aire fresco desde

superficie a través de un conjunto de galerías y chimeneas de ventilación, los
cuales conectan con la rampa de la mina, emplazándose así la inyección por la
parte central del cuerpo mineralizado. El aire inyectado que sale por la rampa luego
sigue su camino hacia las galerías en donde se realizan las labores mineras de los
caserones.

Para la inyección de aire se ocupó una chimenea de inyección y la rampa de

acceso, repartiendo el caudal necesario para la mina.

Dependiendo el año, la inyección va ir variando por distintos niveles de la mina, en

 donde será necesario el uso de reguladores y puertas metálicas. Además también
se hace uso de los variadores de frecuencia para el ventilador, los cuales modifican
la velocidad de rotación del ventiladores y por ende el caudal movido, la presión
entregada y la potencia consumida también se verán afectadas.

Posteriormente el aire viciado es extraído por la chimenea de extracción, con un

ventilador modelo Zitrón ZVN 1-22-355/6, aspas #3 con una eficiencia de 70%.

Chimeneas que fueron diseñadas de forma escalonada como se ve en la Figura 4.

Figura 5. Chimeneas de Extracción e Inyección

En el diseño del sistema de ventilación se requiere tanto ventilación principal como

auxiliar para lograr satisfacer la demanda de aire fresco en la frente.

7.Simulación y Cálculo de Ventiladores Principales

En base a la estimación de requerimiento de caudal y junto al diseño de ventilación
descrita anteriormente, se simularon los sistemas de inyección y extracción con el
programa Ventsim versión 4.8.
7.1Condiciones de Simulación
Las condiciones de simulación a considerar son:

 Producción y Caudal: Estas dos variables dependen del plan

minero, en donde la producción y por ende los requerimientos
de caudal varían cada año. En la siguiente tabla se visualiza
 un resumen de la producción y caudal por año:

A Producción Caudal requerido

ñ (ton/año) (m3/s)
o
1 82.836 87.8

2 165.672 87.8
3 195.493 87.8
4 197.150 87.8
5 205.433 87.8
6 125.911 87.8
7 115.970 87.8
8 59.642 52.26
9 33.134 52.26
1 16.567 52.26
0
Tabla 9. Escenarios de producción y caudales requeridos por año

 Densidad del aire: Al considerar el aire comprimido en el software, el

programa calcula la densidad automáticamente dependiendo la altura
sobre el nivel del mar. El aire que ingresa desde la superficie posee una
densidad de 1,15 Kg/m3 .
 Coeficiente de fricción: Se han considerado diversos valores de coeficiente
de fricción dependiendo la instalación, los cuales se presenta a
continuación:

Instalación Coeficiente de fricción

(kg/m3)
Chimenea (Raise Bored Airway) 0,005
Ducto Ventilación Auxiliar (Flexible 0,0029
Duct)
Tabla 10. Coeficiente de fricción considerada en la simulacion
7.2 Simulación Circuito de Ventilación
Los resultados de simulación para los ventiladores principales durante los 10 años
se presentan a continuación:

A Caudal Caída de Presión Total Poten Eficiencia

ñ Entregad (Pa) cia (%)
3
o o (m /s) (kW)
1 206,3 1004 342,4 71,5
2 181,6 522,7 177,8 67,7
3 196,3 1411,5 401,3 77,1
4 187,5 755,2 241,3 70,3
5 187,5 756,2 241,5 70,3
6 187,4 1781 466 77,8
7 187,3 1787,9 467,2 77,9
8 204,4 1080,2 353,9 72,7
9 204,4 1079,9 353,9 72,7
10 133,7 450,7 96,8 72,5
Tabla 11. Resumen de la Simulación para Ventiladores Principales por año

Adicionalmente se adjunta una tabla con los datos importantes de la simulación de

ventiladores auxiliares a usar en las diversas labores:

Labor Caudal Caída de Presión Potenc Eficiencia

Entregado Total ia (%)
(m3/s) (Pa) (kW)
Preparaci 11,9 1692,6 42,2 68,7
ón
Desarrollo 11,9 1692,6 42,2 68,7
Tabla 12. Resumen de la Simulación para Ventiladores Auxiliares

Los ventiladores auxiliares son considerados los mismos para preparación y

desarrollo.

7.3Estimación de secciones económicas

Realizando un equilibrio entre los costos operacionales (energía consumida más
mantención) y los costos capitales (por concepto de inversiones en la
construcción), se puede lograr determinar la sección económica de chimeneas y
galerías de ventilación. Para ello se consideró las siguientes variables:

Costo Energía 0,2 US$/kW-

5 hr
Eficiencia Ventilador 70 %
Horas/Día Operación 23, horas
50
N° meses Operación 12, meses
00
N° de Chimeneas 1,00
Horizonte de Evaluación 10, Años
00
Tasa de Descuento 10 %
 Densidad 1,0 kg/m³
3
Espesor Rugosidad 0,2 m
0
Largo del sistema de ventilación (chimenea) a 365 m
optimizar ,4
Tabla 13. Variables a considerar en el cálculo de sección óptima

Se determinó que la sección óptima es un diámetro de 4,1 m en las chimeneas de

ventilación, y que coincide con el diámetro diseñado en el sistema de ventilación.

Además la sección óptima también se puede determinar por la simulación

financiera que posee el software VentSim, en donde el resultado que se obtiene es
que la sección económica equivale a 3,7 m.

Por otra parte, la sección económica recomendada por el software para las
galerías de ventilación es de 3,5 m de ancho y 4 m de alto.

7.4 Cálculo de Ventiladores Principales

Para el siguiente cálculo se considerará el año con mayor requerimiento de
Caudal, en este caso corresponde al año 1, y además de obtiene el valor de la
Resistencia de la mina gracias a VentSim:

Figura 6: Curva de Resistencia de la Mina año 1

Teniendo la Resistencia y el Caudal se puede obtener la pérdida de presión:

Ahora se puede dimensionar la potencia del ventilador a partir de la siguiente

expresión:
P (kW) =
H∗ dor ∗ 1000
Q Obteniendo una potencia de
efic 342,4 kW
ien
cia
del
ven
tila

7.5 Curvas Características de los Ventiladores

Las curvas características representan el lugar geométrico de los puntos de
funcionamiento de los ventiladores, los cuales nos sirven para interpretar la
eficiencia de la instalación y como va variando el punto de operación del ventilador
a media que varía la resistencia de la mina.

A continuación se presentan algunas de las curvas características más

importantes de los ventiladores instalados en la simulación:

 Ventiladores en Chimenea Principal de Inyección en el año con más

requerimiento de Caudal

Figura 6: Curva Característica Ventilador Principal año 5

 Ventilador Auxiliar en galerías de Preparación

Figura 7: Curva Característica en Ventilador Auxiliar en Preparación

 Ventilador Auxiliar en galerías de Desarrollo

 Figura 9: Curva Característica en Ventilador Auxiliar en Desarrollo
8. Estimación de Consumo de Energía
Como bien se sabe, para que funcionen los ventiladores requieren energía
eléctrica. Para estimar el consumo de energía por año se deben considerar los
siguientes consumos:

 Consumido por caserón: Equivale a la energía que se consume por

concepto de ventilación auxiliar (si es que es necesaria).
 Consumido por desarrollo: Se considera la ventilación auxiliar que se
requiere para el avance. Que es considerado también como el ventilador
para preparación
 Consumido por preparación: También equivale al consumo de energía de
ventilación auxiliar, como los primeros 7 años tenían una misma cantidad
de caudal, se consideró el año 1, puesto que es el más lejano de la
superficie.
 Consumido por Ventilación Principal: Equivale al consumo de energía del
ventilador principal, el cuál varía cada año en función del caudal que debe
entregar.

Para efectos del cálculo, también es necesario considerar la disponibilidad de los

ventiladores En el caso de los ventiladores auxiliares se consideró una
disponibilidad del 65%, y en el caso de los ventiladores principales del 99,5%.

A continuación se presenta una tabla resumen de los consumos de energía por

cada año, en base a lo que consumen los ventiladores, su disponibilidad y el plan
minero otorgado.
Año 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Energía 40,9 40,9 40,9 40,9 40,9 40,9 40,9 40,9 40,9 40,9
consumida
por caserón
(kW)
Energía 40.9 83,1 126, 107,3 43 44,5 83,3 38,9 38,8 38,8
consumida 1
por
Desarrollo(k
W)
Energía 40,9 83,1 126, 107,3 43 44,5 83,3 38,9 38,8 38,8
consumida por 1
Preparación
(kW)
Energía 23,8 23,8 23,7 23,7 23,7 21,5 21,5 21 21,4 21,4
consumida
por Vent.
Principal
(kW)
Total 146, 230, 316, 279,2 150, 151, 229 139, 139, 139,
Consumo 5 9 8 6 4 7 9 9
(kW)
Tabla 14. Estimación del consumo de energía por año
9.Estimación de Inversión y Costos
Como en todo proyecto se deben considerar los costos, los cuales se dividen en
costos operacionales y costos de inversión.

Los costos de operación hacen mención al consumo de energía de los

ventiladores en el sistema y también a la mantención que se les debe hacer.
Dentro de este contexto se ha considerado un valor de la energía igual a 0,25
(US$/kW-hr) y la mantención equivale al 10% adicional al costo operativo. En
base a las consideraciones antes mencionadas, se determinó los siguientes
costos operacionales por año:
A Costo Operación Ventilación
ñ (US$/año)
o
1 3361838,79

2 140968,304

3 225821,054

4 369558,098

5 134876,483

6 138530,858

7 130090,617

8 114332,516

9 112206,402

1 112206,402
0

Tabla 15. Costos Operacionales de Ventilación por año

En el siguiente gráfico se puede evidenciar el perfil de los costos operaciones a
lo largo de la vida útil de la mina:

costos de operacional [USD]

200000
180000
160000
140000
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
año 1 año 2 año 3 año 4 año 5 año 6 año 7 año 8 año 9 año 10

Figura 10: Perfil del costo operacional durante los 10 años

Por otra parte el costo capital abarca los costos de inversión en la compra de
ventiladores, ductos, construcción de galerías y chimeneas. También incluye los
impuestos y seguros si es que los hubiese. Para determinar el costo capital se
consideró los siguientes precios:

Chimeneas de 3.3m de diámetro 3024 US$/m

Ducto Auxiliar de 0,9 m de 12 US$/m
diámetro
Ventiladores Principales 1000 US$/kW
instalado
Ventiladores Auxiliares 300 US$/kW
instalado
Tabla 16. Precios considerados en costo capital

Para la estimación del costo capital se realizó una estimación total, es decir, se
consideró el largo total de chimeneas, ductos auxiliares a utilizar a lo largo de la
vida útil de la mina (especialmente por avance de desarrollo y producción).

Para los ventiladores principales a instalar se usa la cantidad de kW máxima a

utilizar durante los 10 años. Tomando en cuenta dichas consideraciones, se
obtiene un costo total de 4840429,53 USD
La estimación de costo capital no considera la vida útil de los ventiladores
auxiliares, ya que muchas veces este tipo de ventiladores no recibe una
mantención adecuada, por lo tanto lo más probable es que se necesitan más
ventiladores de los estimados para este proyecto. Además tampoco considera la
vida útil de los ductos auxiliares, ya estos muchas veces son dañados por mala
instalación o por el roce con los equipos.

10.Análisis de gases contaminantes

A partir de la herramienta de simulación de contaminantes en estado estacionario
del software VentSim, se puede analizar la diseminación de contaminantes hasta
el momento en que el contaminante se ha diseminado por todos los caminos
posibles.

De acuerdo a la leyenda de colores el contaminante se diluirá por las antiguas

explotaciones (recordemos que la extracción de aire viciado es por los caserones)
hasta encontrar la salida en la extracción del sistema de ventilación
 11. Variaciones en el ritmo de Producción
Debido a que los ritmos de producción no son fijos, se puede esperar que haya
variaciones los cuales influyen en la ventilación. Para los siguientes análisis se
considera un aumento o disminución del ritmo de producción en el año 3, cuyo año
es en donde se comienza a producir a régimen, y el caudal requerido es el mayor
que el resto de los años.

12.Conclusiones y Comentarios
Cuando se precisa ingresar aire fresco, mas limpio y con menos contaminantes que el
aire interior. Hay diferentes tipos de ventilación, puede ser natural, por desplazamiento,
forzada o una combinada de ellas y es por ello que se requiere la ayuda de los
ventiladores.
La relevancia de la ventilación va más allá de remover calor de un lugar que no cuenta
con aire acondicionado o de remover olores y humedad, aunque sea un caso ¨común¨, la
ventilación va mucho más allá de estas simples aplicaciones. Un ejemplo es cuando se
analiza la relación de productividad y la salud de los trabajadores con respecto al nivel
de ventilación.
Y si nos ponemos a analizar el tema de los costos, un pequeño error dentro del sistema
de ventilación puede lograr grandes pérdidas económicas al año para la mina. Es por
ello que los cálculos de caudales, el diámetro optimo de un ducto y la posición de la
chimenea deben ser adecuadas para lograr el mejor funcionamiento dentro de mina.