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Usando el “Mesh Extruder” en Star-CCM+

La generación de la malla es el paso más crítico para la obtención de resultados adecuados en las simulaciones. Una de las formas más eficientes de lograr una malla de buena calidad minimizando el número de elementos en el dominio es utilizando el Extruder Mesh de CCM+. A continuación se presenta un resumen de los pasos para generar una malla extruida.

Primero se debe tener por lo menos una parte mallada como base para desarrollar la extrusión, esto implica que la parte ya está asignada a una región y que preferiblemente ya tiene los tipos de fronteras asignadas.

  1. Seleccionar la superficie que se usará como base para la extrusión: Geometry>Operations>(RC) New>Surface preparation>Surface extruder. Esta operación crea una nueva parte llamada “Surface Extruder”. Definir la altura de la extrusión en “Extrusion Distance”.
  2. Asignar la nueva parte a una región existente: Geometry>Parts>Surface Extruder>(RC) Set Region (a la región que se usa como base para la extrusión).
  3. Asignar una operación de mallado de volumen a la parte que se generó con el Surface Extruder: Geometry>Parts>Surface Extruder>(RC) Create Mesh Operation>Mesh>Volume Extruder. Definir el número de capas y el factor de “estiramiento”. Ejecutar.
  4. Actualizar las interfaces como contactos: Geometry>Parts>(RC) Update Interfaces>Update Contact-Mode Interfaces.
  5. Inicializar las interfaces recientemente creadas: Interfaces>(RC) Initialize.

Con esto se completa la generación de la extrusión. Recuerde que la malla extruida es una operación paramétrica que puede ser actualizada según ser requiera.

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Las 5 caractéristicas más poderosas de Pumpsim™

Pumpsim™ es un software de simulación 3D desarrollado por Chasm Consulting, los creadores de Ventsim. Pumpsim ™ le proporciona las herramientas para modelar, simular y optimizar con precisión sus bombas y los sistemas de bombeo.

¿cómo difiere Pumpsim™ de otras herramientas para la simulación de redes de bombeo? En este breve artículo, comparto lo que creo que son las mejores características de Pumpsim™.

1. Es 3D por supuesto

Al haber heredado la interfaz del popular software de ventilación de minas subterráneas Ventsim, significa que al modelar redes de bombeo, no tiene que simplificar su modelo. En su lugar, puede importar un modelo de estructura alámbrica (dxf funcionará perfectamente) y convertirlo a un modelo de red en Pumpsim ™.

¿Los beneficios? No solo tendrá un fantástico modelo de su red de bombeo, sino un modelo con elevaciones reales, giros, accesorios, diámetros de tubería y distancias reales que le permiten obtener una representación muy precisa de su sistema.

2. Mapeo del terreno

Muchos procesos requieren bombeo a través de largas distancias en diferentes terrenos. Pumpsim™ tiene una función que le permite asignar su tubería a la superficie de referencia que representa el terreno. ¿El resultado? una representación realista de su línea de bombeo.

3. Manejo de bombas

Gracias a esta función, puede ingresar fácilmente la curva de su bomba para modelar con precisión el comportamiento de su red de bombeo.

¿Tiene los datos? Solo complete la tabla con los valores de presión y flujo y la curva aparecerá automáticamente.

¿Tiene la curva? ¡Aun mejor! puede reconstruir la curva de tu bomba usando el digitalizador incorporado. No podría ser más fácil!

Incluso puede construir una base de datos de todas las bombas en sus instalaciones y luego pedirle a Pumpsim™ que recomiende la mejor bomba para cada situación específica durante una simulación.

4. Bases de datos

No solo tiene una base de datos de todos sus accesorios, bombas, válvulas, sino también una base de datos de materiales y propiedades de fluidos, ya sea un fluido newtoniano o no newtoniano, especialmente para el modelado de lodos que se encuentran en las redes de minería y construcción.

5. Simulación dinámica

Con la simulación dinámica, puede evaluar el rendimiento de su red en un entorno simulado las 24 horas, los 7 días de la semana. Con la ayuda de scripts fáciles de usar, puede programar las bombas, los tanques y los accesorios para operar de acuerdo con una condición operativa definida que le permite extraer información valiosa sobre el consumo de energía o los ciclos de llenado de tanques.

¿Hay alguna característica que le gustaría saber más? ¿Quieres verlo en acción? No dude en contactarnos en nuestro formulario de contacto.

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Aprendiendo de los errores en la modelación de los sistemas de ventilación.

Nota: Este artículo apareció inicialmente en LinkedIn y lo compartimos nuevamente con nuestros lectores.

Durante el último simposio de ventilación desarrollado en la Escuela de Minas de Colorado en Golden, tuve la oportunidad de asistir a un excelente curso llamado Errores en la Modelación de la Ventilación y dictado por ingenieros de Mine Ventilation Services, hoy parte de SRK Consulting y conocidos por desarrollar el software VnetPC.

Uno de los factores que me motivó a tomar este curso es que estaba enfocado en la modelación de la ventilación y no en ningún software de ventilación específico. El segundo factor era aprender de las experiencias de los entrenadores y asistentes, provenientes de diversas minas alrededor del mundo y usuarios de diferentes métodos de explotación, mediante la discusión de diferentes situaciones.

En este breve artículo quiero compartir un pequeño resumen de los errores más comunes en la modelación de la ventilación discutidos durante el curso.

Existen diferentes tipos de errores que van desde la concepción del modelo inicial de la ventilación, pasando por los métodos de aforo hasta la forma en que modelamos nuestros sistemas de ventilación en cualquiera de los programas de ventilación, en mi caso Ventsim. A continuación, resumo algunas de las fuentes de errores más comunes en la modelación de sistemas de ventilación:

  • Validación
  • Factores de fricción
  • Resistencias
  • Ventiladores
  • Omisión de pérdidas
  • Balanceo del sistema
  • Reguladores
  • Termodinámica
  • Resultados

Validación:

¿Como validamos los modelos de ventilación de nuestra mina? ¿Los validamos al menos?

Me temo que muchas veces los modelos de ventilación de la mina no son validados. ¿Por qué? Las razones sobran, siendo la más común ¡la falta de tiempo! En cualquier caso, este es el pasó más importante para garantizar la validez de los resultados.

Para realizar la validación comparamos los resultados obtenidos con el modelo y las mediciones en la mina. Según el alcance del estudio se escogen las variables más relevantes, siendo lo más común comparar las presiones, las velocidades y por último las temperaturas.

 Factores de fricción:

Esta es una de las inquietudes más comunes a las que nos enfrentamos cuando modelamos los sistemas de ventilación. ¿Qué factores de fricción utilizar? ¿Es posible hacer mediciones? ¿Y si es un proyecto nuevo, como escoger los factores de rugosidad que va a tener la mina?

En el caso de minas existentes lo mejor siempre será tratar de estimar los factores de fricción mediante mediciones. Sin embargo, muchas veces no es fácil medir la caída de presión para tratar de estimar la fricción. En este caso, así como en el de nuevos desarrollos, es posible utilizar valores los valores de referencia ofrecidos por el software o por la literatura.

 

 

Algunas referencias para los factores de fricción son (en inglés):

https://www.mvsengineering.com/files/Publications/14th_US-3.pdf

https://www.mvsengineering.com/files/Publications/08th_US-1.pdf

https://www.researchgate.net/publication/237788157_A_database_of_ventilation_friction_factors_for_Quebec_underground_mines

Resistencias:

Las resistencias constituyen el mecanismo principal de control y direccionamiento del aire en la mina.

Un error común es la utilización de resistencias infinitas para bloquear el flujo. La razón es que ninguna resistencia puede impedir completamente el paso del aire y por el contrario termina afectando la validez de los resultados del modelo al permitir mayor flujo hacia frentes o zonas que de otra manera se verían afectadas si se utilizaran los valores medidos de las resistencias.

En el caso de Ventsim, podemos utilizar valores típicos de resistencias para diferentes obstrucciones.

 

Los valores típicos de referencia tomados durante el curso fueron:

  • Puertas: 5-50 P.U.
  • Sellos: 1,000-10,000 P.U.
  • Cortinas: 1-5 P.U.
  • Bulkheads: 50-5,000 P.U.

En resumen, la mejor opción para modelar las resistencias en la mina es mediante la medición de la caída de presión generada por la obstrucción o en su defecto utilizar los valores aproximados reportados en la literatura u ofrecidos por el software.

Pérdidas de choque:

¿Consideramos las pérdidas ofrecidas por derrumbes o cambios de dirección? ¿Y los accesorios de los ventiladores como silenciadores, codos o difusores? Una vez más, es común que nos confiemos en los valores de pérdidas que el programa ofrece, pero si realmente queremos lograr una buena correlación entre el modelo simulado y el modelo real lo más adecuado será utilizar las mediciones de presión.

Ventiladores:

Los errores en la selección o especificación de ventiladores suelen ser bastante críticos. Desafortunadamente los síntomas aparecen cuando es demasiado tarde y el ventilador ya se encuentra instalado o en el peor de los casos, ¡destruido!

¿Cuál será el error más común en la selección o especificación del ventilador? muchas veces tanto los ingenieros de ventilación como los proveedores de ventiladores omiten especificar la altura de operación del ventilador. Esto se refleja en sistemas de ventilación que son incapaces de mover el aire requerido para las operaciones de la mina.

Los errores en la selección y operación de los ventiladores son un tema extenso que ampliare en un próximo artículo y que usualmente toma gran parte de los entrenamientos que dicto sobre el manejo de Ventsim.

Termodinámica:

Al igual que con los ventiladores, este punto merece una publicación aparte, sin embargo, algunas de las omisiones más comunes son:

  • Correcta definición de la altura del modelo. En el caso de Ventsim, el programa corrige la densidad dependiendo de la altura y con esto la cantidad de aire que circula a través de la mina.
  • Estimación de la presión por ventilación natural.
  • Temperatura de ingreso del aire.
  • Temperatura de roca virgen.
  • Definición del gradiente geotérmico.
  • Estimación de la cantidad de aire requerida para enfriar el aire por efectos de los motores Diesel y de las máquinas eléctricas.

Análisis de los resultados:

Por último, ¿nos tomamos el tiempo de revisar en nuestro modelo que las velocidades de aire estén dentro de los requerimientos de las normas de los respectivos países de aplicación? ,¿Contamos con una plantilla de revisión de resultados que nos asegure la consistencia de los mismos durante las diferentes etapas de un análisis?

En este último caso, Ventsim incorporó una valiosa herramienta que permite hacer una validación de los procedimientos utilizados para la ejecución del análisis. Esta opción se encuentra en herramientas>auditoría. Esta herramienta nos permite revisar paso a paso los diferentes parámetros analizados en el modelo de ventilación como resistencias, ventiladores, termodinámica, etc.

Con este breve resumen espero llamar la atención sobre la importancia de validar nuestros modelos de ventilación y adicionalmente mostrar las fuentes de algunos de los errores más comunes en la modelación de sistemas de ventilación de minas subterráneas.

Como siempre, me gustaría finalizar con un par de preguntas que espero promuevan su discusión en la sección de comentarios.

  • ¿Cuál es el porcentaje de correlación que han logrado en sus modelos 10%, 20% 30%?
  • ¿Hay algún otro error que no haya mencionado y que valga la pena discutir en la sección de comentarios?

Por último, no dude en compartir este artículo y dejar sus comentarios o contactarme si está interesado en mejorar la modelación de sus sistemas de ventilación.

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Manejo de ventiladores en Ventsim

Una de las consultas más frecuentes como distribuidor de Ventsim y consultor en ventilación de minas, es acerca de los errores generados por los ventiladores. En este breve artículo trataré de explicar los conceptos detrás de estos errores y una estrategia para remediarlos.

Manejo de ventiladores en Ventsim

Los que hemos trabajado con los sistemas de ventilación de una mina subterránea sabemos que estos son como el sistema circulatorio, en el que los túneles funcionan como arterias y como en el caso de los octópodos (pulpos, calamares, etc), con múltiples ventiladores como corazones.

Para lograr el máximo desempeño de los ventiladores, es importante entender sus conceptos básicos, así como su funcionamiento. De los errores también se aprende reza el adagio y en este caso, Ventsim ofrece un diagnóstico bastante claro de los posibles errores generados por los ventiladores durante los procesos de simulación que nos permite aprender de estos errores.

Tres errores en las simulación con ventiladores

Es normal, durante la simulación de los sistemas de ventilación, encontrar errores en el modelo, principalmente en los ventiladores. Los tres errores más comunes en los ventiladores son.

1. Ventilador estancado (stalled fan): Este error ocurre cuando el ventilador opera a alta presión/bajo caudal.

Posibles causas:

  • Ventilador demasiado grande.
  • Túnel o ducto de ventilación muy pequeño para el flujo que circula por el ventilador.
  • Restricciones o bloqueos excesivos aguas abajo o aguas arriba del ventilador.

2. Ventilador a baja presión (low pressure fan): Este error ocurre cuando el ventilador opera a baja presión/alto caudal.

Posibles causas:

  • Ventilador muy pequeño para el túnel o ducto de ventilación.

3. Ventilador anulado (negated fan): El ventilador no ofrece presión adicional al modelo y actúa como una restricción al flujo.

  • Usualmente, ventilador demasiado pequeño para el ducto donde se desea ubicar el ventilador.
  • Ventilador formando un circuito en serie con otro ventilador de mayor capacidad, no necesariamente en el mismo túnel o ducto de ventilación.

“Depuración” de los errores generados por los ventiladores.

Una de las maneras más efectivas de depurar los errores generados por los ventiladores es mediante las gráficas de presión.

Para tal fin, la gráfica de impulsar SP (Boost SP), pero especialmente la de presión estática relativa (Pressure Static Relative) permite determinar los cambios repentinos de presión por causa de los ventiladores. En este caso, puede ser de gran ayuda seguir la trayectoria de presión del ventilador problemático para diagnosticar el problema (posible bloqueo, nodo sin conectar, etc).

Estrategia eficiente de selección de los ventiladores.

Una de las herramientas más útiles y quizás una de las menos utilizadas es la de seleccionar el ventilador. Además de ahorrarnos dolores de cabeza y pérdidas innecesarias de tiempo, esta herramienta nos permite acercarnos a la elección más óptima en cuanto al ventilador se refiere.

Este procedimiento se puede resumir como sigue a continuación.

  • Creación de la base de datos de los ventiladores.

  • Definición del caudal necesario en el ducto o túnel de ventilación.

  • Punto de ubicación del ventilador, sugerir ventilador.

Esta estrategia ofrece una ventaja adicional, pues en caso de no contar con la curva de ventilador, le permite identificar las pérdidas estimada para el caudal requerido. Estos dos datos (caudal y presión) junto con la altura de la mina sobre el nivel del mar son más que suficientes para solicitarle a un buen proveedor el ventilador adecuado.

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Estandarización del proceso de ventilación en minas de carbón

El 14th simposio de ventilación de minas realizado en Salt Lake City fue una experiencia muy interesante en donde tuvimos la oportunidad de presentar un segundo trabajo sobre la estandarización del proceso de ventilación en minas de carbón.

Durante el simposio no solo participamos de la sesión completa de ventilación en español sino que también tuvimos la oportunidad de asistir a diferentes entrenamientos sobre psicrometría con Rick Brake de MVS y control de emisiones diesel.

A diferencia de muchas de las minas en Perú, las minas subterráneas en Colombia no estaban muy tecnificadas al momento de la ejecución de este proyecto. Por esta razón, carbones del caribe (Sator en la actualidad) decidió emprender un proyecto de estandarización del proceso de ventilación en sus minas de carbón. Fueron en total 5 minas subterráneas.

El proyecto se desarrolló con la misma metodología utilizada en Raura y en general en todos nuestros proyectos. Sin embargo una innovación adicional consistió en el desarrollo de un dispositivo que permitiera caracterizar los ventiladores existentes que no tuvieran su curva de operación.

El resultado de este trabajo fue presentado posteriormente en el congreso de minería realizado en Chile y que estaré compartiendo más adelante.

Desafortunadamente muchas de las minas de carbón en Colombia siguen utilizando procedimientos precarios de producción y de ventilación.

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Generación curvas ventiladores en ventilación de minas

Uno de los proyectos más interesantes que ha desarrollado Isaeng consistió en la generación de curvas de ventiladores para la ventilación de minas subterráneas.

Este proyecto se desarrolló para minas de carbón con el fin de obtener las curvas de los ventiladores que por diferentes razones no contaban con su curva de operación.

La curva de operación de un ventilador permite conocer el flujo máximo que el ventilador entregaría a unas condiciones dadas, por ejemplo, las caídas de presión en el sistema. De esta manera es posible seleccionar adecuadamente la instalación del ventilador.

La curva de un ventilador se puede obtener de diferentes maneras: mediante las ecuaciones de un ventilador, mediante simulación por CFD o mediante ensayos experimentales. En este proyecto nos enfocamos en el método experimental con resultados bastante satisfactorios.

Este proyecto permitió encontrar las curvas de los ventiladores e incorporarlas a una base de datos de Ventsim. De esta manera se puede simular los sistemas de ventilación de la mina de manera más eficiente y realista, minimizando los errores al momento de instalación del ventilador.

Durante el congreso de minería en Chile SIMIN 2013, tuvimos la oportunidad de presentar este interesante trabajo con excelentes comentarios.

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Optimización sistema de ventilación mina polimetálica

Durante el 14th simposio de ventilación de minas realizado en Salt Lake City, tuve la oportunidad de presentar junto con uno de mis colegas el trabajo realizado en la mina Raura de Perú sobre la optimización del sistema de ventilación de una mina polimetálica.

Raura es una mina polimetálica que de acuerdo a mining.com es considerada una de las minas ubicadas a mayor altitud sobre el nivel del mar. El paisaje es increible y la mina y su historia aún más.

En este artículo se presenta el resumen del proceso de estudio implementado en su momento. Un trabajo que tomó cerca de 3 meses en ejecución. El resumen del método implementado por Isaeng (MSO Industrial anteriormente) es usualmente como sigue: Diagnóstico, Implementación, Seguimiento y Optimización del sistema de ventilación.

Al igual que en todos nuestros proyectos tratamos de utilizar las mejores herramientas disponibles, en este caso Ventsim para la simulación de los flujos de aire en los túneles de la mina.

Espero que los lectores de este artículo lo disfruten tanto como disfrutamos con la ejecución de este retador proyecto.

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Sistemas de monitoreo de gases y rastreo de mineros

Sistemas de monitoreo de gases y rastreo de mineros Mine Net Mesh (MNM)

¿QUÉ ES?

Mine Net ™ Mesh (MNM) se basa en el éxito de Mine Net ™ de AMR para proporcionar comunicaciones confiables y rastreo en ambientes hostiles subterráneos, explotaciones a cielo abierto, e instalaciones industriales.

Con la conectividad de datos IEEE 802.11b/g en tiempo real, MNM es una plataforma inalámbrica completa, que ofrece comunicación de voz y de texto, rastreo de personal y de vehículos, así como monitoreo del medio ambiente.

Este sistema brinda a las operaciones mineras e industriales, una red de comunicación de emergencia, ubicación del personal, y ayuda crítica para los esfuerzos de búsqueda y rescate. Sin embargo, el impacto de MNM en la productividad es mucho mayor durante las operaciones normales del día a día.

¿QUÉ HACE?

Los puntos de acceso MN-6400 (AP) se comunican entre sí conformando la infraestructura del sistema a través de una combinación de conexiones inalámbricas y por cable.

Los AP se pueden conectar de manera alternativa a la infraestructura de comunicación existente, tal como fibra óptica, Ethernet o 802.11 Wi-Fi para implementar de manera fácil y rentable una amplia red en toda la mina, ya sea en superficie o bajo tierra.

Los AP soportan todos los protocolos 802.11b/g estándar de seguridad cuando son usados como “hot spots” de Wi-Fi, o alternativamente como una red troncal de comunicaciones continuas cuando se combina con los teléfonos VoIP AMR o etiquetas de seguimiento Wi-Fi. Los MN-6400 tienen, inclusive, múltiples opciones de energía incluyendo certificaciones de seguridad intrínseca para ambientes peligrosos.
Opciones de energía de los AP:

  1. Fuentes de alimentación AC individual
  2. Línea de distribución de energía de Down DC
  3. Paquetes de batería de 96 horas hasta 15 días
  4. Dos paquetes de baterías para 30 días de operación

Como una solución de rastreo, el sistema proporciona ubicación continua o zonal, con exactitud y precisión personalizadas para las necesidades del cliente.

Dado que cada mina debe cumplir diferentes requisitos y regulaciones, el sistema de red de Mine Net ™ se ha implementado para cumplir con los requerimientos específicos del cliente.

El sistema se puede utilizar para el seguimiento de la productividad, como una herramienta de localización de emergencia, o proporcionar servicios en un horario continuo mediante el seguimiento de las etiquetas basadas en IP a través de los puntos de acceso inalámbricos.

Todos los tags (etiquetas), sea en el personal o en equipos móviles, se supervisan continuamente. En lugares clave se consigue mayor precisión mediante el dispositivo de zona de adquisición (ZAD), que proporciona datos detallados de localización dentro de 3-6 ft (1-2 metros) en áreas críticas o controladas.

SOLUCIÓN TOTAL

El paquete de software Mineweb de AMR funciona en cualquier navegador web estándar para una solución completa de seguimiento. Mineweb proporciona informes detallados, información definida por el usuario en los vehículos o personal, y la ubicación en tiempo real de todos los activos en el plano de la mina.

Este último es importado como un archivo gráfico a partir de modelos CAD para mostrar todos los activos en sus respectivos lugares dentro de la mina, suministrando información precisa al operador del sistema en todo momento.

Mineweb también se puede combinar con el paquete de software AMR WinMac para el seguimiento y control de las condiciones ambientales en toda la mina; o con otros sistemas para la optimización de la ventilación, la gestión del tráfico y tecnología posterior.

PUNTOS CLAVE DE MINE NET MESH

  1. Utilizado para el rastreo de personal y activos, mensajes de texto y comunicación VoIP, Wi-Fi “hot spots“, video vigilancia, vigilancia del medio ambiente o cualquier combinación de aplicaciones.
  2. El servidor utiliza Mineweb, una aplicación de software basada en navegador web para el seguimiento, la presentación de informes y manejo de opciones del mapa de la mina y aplicaciones de Microsoft Windows para el procesamiento de llamadas.
  3. Voz sobre Protocolo de Internet (VoIP) para la comunicación de voz. acceso a datos de alta velocidad con cualquier dispositivo habilitado 802.11b/g, tales como ordenadores portátiles, tabletas y teléfonos inteligentes.
  4. Es compatible con todos los métodos de seguridad de red IEEE 802.11b/g.
  5. Aprobación MSHA de EEUU para seguridad intrínseca. Cumple ley “MINER” y PA – Aprobado.
  6. Aprobación Explolabs Sudáfrica. Aprobaciones internacionales adicionales pendientes.
  7. Capacidad de hasta 25 “hops” en una red inalámbrica total o en red a través de cables Ethernet y de fibra óptica para cobertura ilimitada.
  8. Múltiples configuraciones de alimentación: AC con respaldo de batería opcional, tensión CC o con batería solamente.
  9. Mensajes de texto personalizados o predefinidos a un único destinatario, a un grupo, a todos los usuarios, o al operador del sistema.
  10. Licencias disponibles Push-to-Talk (PTT) para la transmisión y anuncios en todo el sistema.
  11. Etiquetas (Tags) con dirección IP que permiten miles de etiquetas por sistema.