nestor.rueda No hay comentarios

Análisis de sensibilidad en VentSim

Como ingenieros de ventilación, cuantas veces nos hemos preguntado ¿que tan confiable es nuestro modelo? Especialmente en un nuevo proyecto donde no tenemos forma de compararlo con mediciones!! O por ejemplo, ¿porque algunas veces nuestro modelo pareciera no ser capaz de replicar las condiciones en algunas partes de la mina?

Desde la versión 5.1, VentSim cuenta con una herramienta de análisis de sensibilidad. En este breve artículo comparto una estrategia que nos ayudará a responder estas y otras preguntas relacionadas con la confiabilidad de nuestro modelo de ventilación.

¿Que es el análisis de sensibilidad?

Como su nombre lo indica, el análisis de sensibilidad nos permite evaluar como responde un modelo cuando hay cambios en los parametros del mismo. Existen varias definiciones bastante técnicas, sin embargo en este artículo me limitaré a explicar este concepto con un par de ejemplos relativamente sencillos tomados del artículo que Craig (el creador de VentSim) presentó en el simposio de ventilación de minas en Canadá el año pasado.

Sensibilidad a la resistencia

Recordando nuestros conceptos de ventilación:

P = R*Q^2

En donde:

  • P = Presión (Pa)
  • R = Resistencia (N*s^2/m^8)
  • Q = Caudal (m^3/s)

En este caso, la presión P depende linealmente de R y cuadráticamente de Q. De cierta manera, la presión es más sensible a cambios en Q que en P. Visto de otro modo, si la resistencia de uno de los túneles varia 10% manteniendo la presión fija (por cuenta de un ventilador por ejemplo) el caudal en ese túnel variaría alrededor de 3% (¿Alguién se anima a hacer el cálculo?). Para un solo túnel esta variación pudiéra no parecer demasiado pero si esta misma variación se aplica a múltiples túneles compartiendo la misma fuente de presión, el error en el flujo se acumula y puede en algunos casos cambiar de dirección!

Para estimar el efecto de estas variaciones, el módulo de sensibilidad de VentSim se encarga automáticamente de correr cientos de simulaciones “perturbando” la resistencia de los túneles de la mina de manera aleatoria durante cada una de estas simulaciones para calcular posteriormente el margen de confianza del modelo. En resumen, que tan sensible es mi modelo respecto a variaciones en la resistencia de los túneles.

Sensibilidad térmica

El concepto de sensibilidad aplica a cualquier modelo. En el caso de ventilación dos de las variables más comunes son: la resistencia y las temperaturas.

El análisis de sensibilidad térmica puede ser un poco más demandante y complicado. Los que hemos realizado simulaciones termodinámicas en VentSim hemos experimentado de primera mano algunos problemas de convergencia durante estas simulaciones en especial en zonas de recirculación o zonas con pobre ventilación. Adicional a esto, las simulaciones térmicas dificilmente pueden considerarse estacionarias y por esta razón se requiere de la consideración de muchos más parámetros durante la simulación.

Al igual que con la sensibilidad a la resistencia, VentSim se encarga de correr decenas de simulaciones térmicas para determinar el margen de confianza del modelo respecto a variaciones en el flujo y en el calor de la mina. Al final y gracias al análisis de sensibilidad podemos ver cuales de las zonas de la mina presentan mayor variación y por ende requieren de nuestra atención.

“Escucha y lo olvidarás, Observa y lo recordarás, Hazlo y aprenderás” Provervio Chino.

Hasta no ver no creer!

¿Como ejecutar el análisis de sensibilidad? El siguiente video nos muestra como:

Una vez finalizada la simulación, podemos ver los resultados de la confiabilidad de nuestro modelo. En este caso, cualquier túnel en donde se presente una confiabilidad menor a 100% merece de nuestra atención pero obviamente enfocaremos nuestros esfuerzos en los túneles de menor confiabilidad.

Resistance Sensitivity VentSim - Isaeng

En este caso, los túneles de color rojo presentan la menor confiabilidad o mayor sensibilidad (valores de 98%), una decisión inteligente sería enfocarse inicialmente en incrementar la confiabilidad en esos túneles mediante diferentes estrategias como por ejemplo incrementando la frecuencia de los aforos, mejorando las medidas de las áreas, calculando más detalladamente las resistencias entre otras.

Como mencioné anteriormente también es posible realizar el análisis de sensibilidad térmica de nuestro modelo, pero ¿como se ven los resultados?

Geen alternatieve tekst opgegeven voor deze afbeelding

En este caso y coincidencialmente, la mayor sensibilidad térmica se presenta en los túneles de color azul que muestran un indice de confiabilidad bastante bajo. ¿Cual sería la estrategia para mejorar la confiabilidad? Lo dejo de tarea para que lo compartan en los comentarios o me escriban directamente a nestor@isaeng.com!

Resumen

Tal y como lo menciona Craig en su artículo, independientemente de la precisión o calidad con la que hayamos construido nuestro modelo, siempre habrá variaciones en algunas regiones del mismo. Estas variaciones se pueden deber entre otras a:

  • Zonas pobremente ventiladas.
  • Zonas alejadas de los circuitos principales de ventilación.
  • Variaciones en los parámetros físicos o geométricos del sistema.

En resumen, gracias a la herramienta de análisis de sensibilidad de VentSim, podemos tomar acciones proactivas para prevenir problemas con la ventilación y para mejorar la calidad de nuestro modelo, en fin, para que no sigamos cruzando los dedos!

Recuerda que el análisis de sensibilidad está disponible en la última versión. ¿No tienes tu VentSim al día? Que esperas para actualizarlo y aprovechar al máximo de esta y otras mejoras. ¿Deseas conocer más acerca de las últimas mejoras o recibir una cotización del mantenimiento? Escríbenos a info@isaeng.com.

Acerca del autor: Néstor y su empresa son distribuidores de VentSim, PumpSim y Terramin. También ofrece sus servicios de capacitación y consultoría en ventilación y bombeo de minas junto con empresas líderes de Europa y Sur América.

nestor.rueda No hay comentarios

¿Tienes tu Ventsim desactualizado? 5 razones para actualizar a VentSim DESIGN V5!!

*Para tener en cuenta – Ventsim ha cambiado su nombre a VentSim DESIGN. Este artículo fue publicado originalmente en LinkedIn por nuestro ingeniero especialista en ventilación de minas.

¿No has logrado convencer a tus jefes de actualizar tu licencia de VentSim? O ¿simplemente no has estado al tanto de las últimas actualizaciones de VentSim? Si es así, te estás perdiendo de las mejoras que ha incorporado VentSim DESIGN en sus últimas actualizaciones!

Sin más preámbulos, aquí están: 5 razones para actualizar a VentSim DESIGN 5!

1. Herramienta de auditoría

Disponible desde la versión 4.5 lanzada en octubre de 2016.

La encuentras en Herramientas > Auditoría.

Gracias a esta herramienta puedes auditar tus modelos de ventilación. Para mi es especialmente útil en las asesorías de ventilación pues me permite revisar los diferentes parámetros del modelo y de esta manera minimizar la posibilidad de errores.

Mi recomendación es generar una serie de buenas prácticas en la mina que garantice la uniformidad de los diferentes modelos de ventilación de la mina y que no dependan de los gustos de una persona o analista en particular.

2. ¡Digitalización de curvas de ventiladores!

¿Todavía estás generando la curva de tu ventilador manualmente? Gracias a esta funcionalidad puedes extraer la curva directamente del catálogo del fabricante con la ventaja adicional de conservar las imágenes originales de la curva para futura referencia.

La encuentras en Herramientas > Ventiladores > Nuevo > Digitalizar

En 4 simples pasos puedes generar la curva de tu ventilador:

  1. Seleccionas la curva del ventilador que quieres digitalizar.
  2. Defines los límites máximos y mínimos de las diferentes curvas, por ejemplo: Caudal, Presión, Eficiencia.
  3. Defines el área que se encuentra dentro de los límites.
  4. Generas los puntos haciendo click sobre las curvas.

Así de sencillo.

3. ¡Mejoras en la visualización de los gráficos y de la interfaz!

Aunque esta funcionalidad está presente desde la versión 3, en la versión 5 está incorporada a la ventana de resultados. Gracias a esta sencilla función es mucho más fácil manipular modelos más complejos pues permite modificar la visibilidad de los diferentes objetos de la simulación.

Adicionalmente la interfaz utiliza unos nuevos iconos con descripciones bastante claras de la funcionalidad de cada uno de ellos.

A modo de ejemplo, en la imagen anterior casi no se logran apreciar los diferentes símbolos del modelo. Gracias a la posibilidad de escalar los gráficos, ahora es posible incrementar el tamaño de los íconos facilitando así la identificación de los equipos o ventiladores de la mina.

4. Aforos PQ

Tal y como se menciona en la ayuda de Ventsim, los aforos PQ son reconocidos como la forma más confiable para crear modelos de ventilación pues utiliza mediciones reales y omite utilizar variables como área, fricción, pérdidas, etc.

Es posible ahora incorporar directamente el aforo de presión y de caudal en un tramo específico de la mina y el programa se encarga automáticamente de balancear el sistema. Ciertamente los aforos PQ no son los más fáciles de hacer pero definitivamente permiten incrementar la confiabilidad de los resultados de la simulación!

5. Howden fan selection tool!

¿Que podría ser mejor que la herramienta para la digitalización de las curvas de ventiladores? Una herramienta que además te ayude a seleccionar los ventiladores! Ya sea porque estás interesado en seleccionar un ventilador Howden o que simplemente te interese conocer sus datos a modo de referencia esta herramienta es mi favorita en la versión 5 de VentSim DESIGN! Su funcionamiento es similar la función de sugerir un ventilador de la base de datos pero en este caso VentSim te permite buscar en la base de datos de Howden ofreciéndote literalmente decenas de alternativas!

Hasta aquí 5 de mis razones favoritas por las que deberías actualizar a Ventsim 5! ¿Tiene alguna otra razón que quiera compartir? ¿O está interesado en conocer más acerca de la nueva versión? ¿Le gustaría hacer un entrenamiento en VentSim en su mina o a distancia? No dude en contactarnos para solicitar una cotización!

nestor.rueda No hay comentarios

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.

nestor.rueda No hay comentarios

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.

nestor.rueda No hay comentarios

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.

nestor.rueda No hay comentarios

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.