Conceptos Eléctricos, Neumáticos e Hidrológicos Clave para Operaciones Industriales y Mineras

Conceptos Eléctricos y Neumáticos Fundamentales

Corriente Alterna (Monofásica y Trifásica)

La corriente alterna puede ser monofásica o trifásica.

• Monofásica (280V aprox.): Común para uso doméstico.
• Trifásica (380V aprox.): Utilizada principalmente en aplicaciones industriales.

Relaciones de voltaje (V) y corriente (I) en sistemas trifásicos:

• Conexión Estrella (Y): Vlínea = Vfase * √3 ; Ilínea = Ifase
• Conexión Triángulo (Δ): Vlínea = Vfase ; Ilínea = Ifase * √3

Nota: El texto original menciona Vph=V*raiz(3), Iph=I y Vph=V, Iph=I*raiz(3) (Triang), lo que se interpreta como las relaciones de línea vs fase para estrella y triángulo respectivamente, usando V e I genéricos.

Circuitos Serie y Paralelo

• Circuito Serie: La corriente (I) es constante. El voltaje total (V) es la suma de los voltajes individuales. La resistencia total (R) es la suma de las resistencias individuales (I=cte, V=∑Vᵢ, R=∑Rᵢ).
• Circuito Paralelo: El voltaje (V) es constante. La corriente total (I) es la suma de las corrientes individuales. El inverso de la resistencia total (R) es la suma de los inversos de las resistencias individuales (V=cte, I=∑Iᵢ, 1/R=∑(1/Rᵢ)).

Compresores y Energía Neumática

Compresor Bifásico (o de dos etapas):

• Etapa de baja presión (cilindro grande): Toma aire atmosférico y realiza una primera compresión.
• Etapa de alta presión (cilindro pequeño): Recibe el aire precomprimido y lo eleva a la presión de trabajo final.

Factores Clave (K1-K4)

Factores importantes en sistemas neumáticos:

• K1: Presión de trabajo.
• K2: Estado mecánico de las máquinas.
• K3: Número de equipos y su utilización.
• K4: Estado mecánico general (evaluado, por ejemplo, en una escala donde 1.1 es bueno y 1.5 es malo).

Rendimientos del Compresor

• rv (Rendimiento Volumétrico): Aire entregado / Aire desplazado teóricamente.
• rm (Rendimiento Mecánico): Trabajo efectivo realizado sobre el aire / Trabajo entregado al eje del compresor.
• rc (Rendimiento de Compresión): Trabajo teórico isotérmico / Trabajo efectivo realizado sobre el aire.
• rt (Rendimiento Total): rm * rc.

Capacidad en Planta de Energía Neumática

Factores que determinan la capacidad:

• Presión atmosférica (influenciada por la cota o altitud).
• Número y tipo de equipos consumidores.
• Consumo de aire individual y total.
• Presión de trabajo requerida.
• Porcentaje de utilización de los equipos.
• Estado mecánico de los compresores y la red de distribución.

Agua Condensada Acumulada

La acumulación de agua condensada depende de:

• Condiciones del aire en la aspiración (Temperatura, humedad relativa, contenido de H₂O).
• Presión atmosférica.
• Tipo de compresor.
• Temperatura y presión del aire comprimido en el depósito.
• Tipo de refrigeración del compresor (post-enfriadores, secadores).

Planificación y Operación

• La presión media y el caudal de aire comprimido (Q) requeridos se obtienen mediante la planificación del tiempo de operación de todos los equipos neumáticos.
• Conociendo el caudal de aire comprimido (Q) y el nivel probable de consumo, se puede planificar un aumento o disminución de la capacidad de compresión (equipos neumáticos) y verificar el estado del sistema de aire (planta y red).
• En caso de sobrecarga de aire en un equipo (demanda inferior a la capacidad momentánea), el exceso de aire se libera (por ejemplo, a través de válvulas de alivio o regulación) y el compresor puede operar a su máxima potencia o modular su carga.

Principios de Hidrología e Hidrogeología Aplicados

Definiciones Fundamentales

• Hidrología: Ciencia que trata sobre el agua en el planeta Tierra, su ocurrencia, circulación, distribución y propiedades físico-químicas.
• Hidrogeología: Rama de la hidrología que estudia las aguas subterráneas, su ocurrencia, movimiento, calidad y relación con el medio geológico.

Aplicaciones en Minería

• La Hidrología permite describir, cuantificar y planificar los recursos hídricos en una región determinada, crucial para la gestión del agua en proyectos mineros.
• Uso de agua en minería: El consumo es variable, pero un valor de referencia es 0.75 m³ por tonelada de mineral procesado. Los procesos que más utilizan agua suelen ser la flotación y la hidrometalurgia.

Elementos de Interés para Ingeniería de Minas

Componentes del ciclo hidrológico de especial interés:

• Precipitación: Aporte de agua atmosférica.
• Evaporación: Paso de agua líquida a vapor desde superficies de agua libre.
• Evapotranspiración: Combinación de evaporación y transpiración de las plantas.
• Infiltración: Movimiento del agua hacia el interior del suelo.
• Escorrentía superficial: Flujo de agua sobre la superficie del terreno.
• Escorrentía subterránea: Flujo de agua bajo la superficie del terreno.

Cuenca Hidrográfica ("Olla Hidrológica")

Definida como el área drenada por uno o más cursos de agua que convergen y descargan en una sola salida.

Elementos de la Cuenca

• Parteaguas: Línea imaginaria que une los puntos de mayor nivel topográfico y separa cuencas adyacentes.
• Área de la cuenca: Superficie en proyección horizontal delimitada por el parteaguas.
• Corriente Principal: El curso de agua de mayor longitud o caudal dentro de la cuenca.

Indicadores de la Red de Drenaje

Características que describen cómo drena la cuenca (influencia de las corrientes tributarias):

• Orden de Corriente: Clasificación jerárquica de los segmentos de río.
• Densidad de Drenaje: Longitud total de cauces por unidad de área.
• Pendiente del cauce principal: Inclinación promedio del río principal.

Nota: Una red de drenaje más desarrollada (mayor densidad, orden) generalmente implica un drenaje más rápido de la cuenca hacia la corriente principal.

Tipos de Cursos de Agua

Según la permanencia del flujo:

• Perennes: Llevan agua todo el año.
• Intermitentes: Llevan agua durante las épocas húmedas.
• Efímeros: Llevan agua sólo durante o inmediatamente después de las precipitaciones.

Balance Hídrico

Ecuación fundamental para una cuenca hidrográfica en un intervalo de tiempo (Δt):

Entradas (E) - Salidas (S) = Variación de Almacenamiento (ΔA)

(E - S = ΔA / Δt)

Origen de las Precipitaciones

Principales mecanismos de formación:

• Ciclónicas (o frontales): Asociadas al encuentro de masas de aire de diferente temperatura y humedad.
• Por convección: Debidas al calentamiento de la superficie terrestre y el ascenso de aire cálido y húmedo.
• Orográficas: Causadas por el ascenso forzado de masas de aire al encontrar una barrera montañosa.

Infiltración

Proceso de movimiento del agua a través de la superficie del suelo hacia dentro del mismo, principalmente por acción de las fuerzas gravitacionales y capilares.