Facultad de Ingeniería Industrial y Mecánica

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1 Facultad de Ingeniería Industrial y Mecánica Carrera Profesional de Ingeniería Mecánica Informe de Suficiencia Profesional para optar el Título Profesional de Ingeniero Mecánico DISEÑO DE UN SISTEMA DE EXTRACCIÓN LOCALIZADA DE GASES DE LOS HORNOS DE FUNDICIÓN DEL PROYECTO TAMBOMAYO Bachiller: Cueva Arquinigo, Yoel Hernan Lima Perú 2016

2 DEDICATORIA Quiero dedicar este trabajo a mis padres, a mi esposa Milagros y a mi pequeño hijo Logan, quienes me dan la fuerza para superar con éxito todos los desafíos y adversidades que se me presentan en la vida. ii

3 AGRADECIMIENTO Mi gratitud a mi alma mater Universidad Tecnológica del Perú, por permitir mi formación profesional con los conocimientos y valores éticos necesarios para llegar a ser un profesional de la patria. A la empresa Buenaventura Ingenieros S.A. por contribuir con mi crecimiento profesional, por la confianza depositada en mí y por brindarme las facilidades para el desarrollo de este proyecto. iii

4 ÍNDICE Dedicatoria Agradecimiento índice Resumen Introducción ii iii iv x xi Capítulo I: Problema de investigación Planteamiento del problema Formulación del problema Problema general Problema específicos Justificación e importancia Limitaciones Antecedentes de investigación Objetivos Objetivo General Objetivos Específicos 18 Capítulo II: Marco teórico Bases Teóricas Descripción del proyecto Generación de contaminantes Requerimientos para la prevención de la salud Requerimientos del proyecto Alcance del proyecto Fundamentos del sistema de extracción localizada Ventilación Funciones de la Ventilación Tipos de Ventilación 26 iv

5 2.8. Definiciones básicas Densidad del aire Caudal Velocidad Presión Unidades de Presión Pérdidas de carga Pérdidas primarias (hf) Pérdidas secundarias (hs) Principios del flujo de aire Ecuación de continuidad Ecuación de Bernoulli Sistema de extracción localizada Campanas de extracción Tipos de campanas Diseño de campanas Conductos y accesorios Ventiladores Tipos de ventiladores Según su función Según la presión del ventilador Según la trayectoria del aire Potencia del ventilador Tratamiento y lavado de gases Definición de términos 49 Capítulo III: Marco metodológico Variables Definición Conceptual de la variable Definición Operacional de la variable Metodología Tipos de estudio 53 v

6 Diseño de investigación Método de investigación 53 Capítulo IV: Metodología para la solución del problema Análisis situacional Alternativas de solución Solución del problema Procedimiento para el cálculo del sistema Cálculos del sistema Recursos requeridos 73 Capítulo V: Análisis y presentación de resultados Análisis descriptivo Análisis teóricos de los datos y resultados obtenidos Resultados obtenidos 79 Conclusiones 81 Recomendaciones 82 Referencias bibliográficas Bibliografía 83 Web grafía 84 Anexos 85 vi

7 Lista de Figuras Figura 2.1. Datos técnicos del proyecto 20 Figura 2.2. Principales proyectos mineros por región 21 Figura 2.3. Diagrama de Ishikawa 25 Figura 2.4. Local en sobre depresión 27 Figura 2.5. Local en depresión 27 Figura 2.6. Local con ventilación general 28 Figura 2.7. Local con ventilación localizada 28 Figura 2.8. Presión total sobre una lámina 31 Figura 2.9. Coeficiente de pérdidas para campanas 33 Figura Relación R/D para codos 33 Figura Coeficiente de pérdidas para las T 34 Figura Coeficiente de pérdidas para sombreros chinos 34 Figura Principio de Bernoulli 36 Figura Componentes del sistema de extracción 36 Figura Tipos de campanas de captación 37 Figura Geometría de la campana Criterio de Sutton 38 Figura Caudal inducido 39 Figura Conductos circulares 41 Figura Codos de diferentes secciones 41 Figura T con reducción 41 Figura Reducción concéntrica 42 Figura Weather cup 42 Figura Ventilador tipo impulsor 43 Figura Ventilador tipo extractor 44 Figura Ventilador tipo mural 44 Figura Tipos de ventiladores centrífugos 45 Figura Torre de lavado 48 Figura 4.1. Ubicación de los hornos de fundición 55 Figura 4.2. Sistema de extracción - brazo móvil 56 Figura 4.3. Sistema de extracción localizada 57 Figura 4.4. Sistema depurador de gases 57 Figura 4.5. Esquema del proyecto 60 vii

8 Lista de Tablas Tabla 2.1. Estándares de la EPA de calidad del aire 23 Tabla 2.2. Valores guía para "contaminantes clásicos, según la OMS 24 Tabla 2.3. Velocidades de diseño recomendados para conductos 29 Tabla 2.4. Valores de la velocidad de captación 29 Tabla 2.5. Abaco de ASHRAE - Pérdidas unitarias de carga 32 Tabla 2.6. Eficiencia total del ventilador 46 Tabla 2.7. Eficiencia energética de motores de inducción 47 Tabla 3.1. Cuadro operacional de la variable 52 Tabla 4.1. Datos técnicos del horno 60 Tabla 4.2. Cuadro resumen de potencia del ventilador 72 Tabla 4.3. Recursos requeridos para el proyecto 73 Tabla 4.4. Cronograma del proyecto 73 Tabla 5.1. Equipos de protección personal 77 Tabla 5.2. Calidad del aire sin el sistema implementado 79 Tabla 5.3. Calidad del aire con el sistema implementado 80 viii

9 Lista de símbolos ix

10 Resumen Compañía de minas Buenaventura S.A.A. desarrolló el proyecto Tambomayo con la construcción de una planta de extracción y obtención de oro. El proyecto está ubicado en la región de Arequipa, localizado a 54 Km al Sur Oeste del distrito de Caylloma, a una altitud de 4,800 msnm. Tambomayo se encuentra en proceso de ejecución y se prevé su funcionamiento en diciembre de El informe presentado tiene como objetivo primordial solucionar los problemas de contaminación ambiental que se pueden presentar en el proceso de fundición para la obtención del Dore (mineral de oro y plata). Este trabajo está conformado por cinco capítulos detallados y estructurados de la siguiente manera: Problema de investigación, donde se describe el planteamiento y formulación del problema, antecedentes, objetivos y limitaciones en el desarrollo del proyecto. El marco teórico donde se realizará el estudio de la información disponible para encontrar la mejor alternativa de solución. También abarcaremos los capítulos del marco metodológico, metodología parar la solución del problema y finalmente el análisis y presentación de resultados. Realizado el análisis de los sistemas de control de partículas y gases producidos en los procesos de fundición, concluimos que el método más favorable es la implementación de un sistema de extracción localizada, la cual estará compuesta por una serie de conductos y una campana extractora que captará las emisiones desde la fuente, empleando velocidades adecuadas para la captura y transporte de los gases. El tratamiento de los gases extraídos será realizado por medio de una torre de lavado tipo Scrubber, mientras que el ventilador centrífugo será el encargado de brindar la potencia necesaria para trasladar las masas de aire en el interior de los conductos superando las pérdidas de carga del sistema. x