Abstract

El presente estudio busca determinar el ahorro energético al mejorar el diseño de las singularidades “conexión a pozo” para ventilación de minas, empleando para ello deflectores de flujo. Mediante mecánica de fluidos computacional se estudia el aporte de la incorporación de deflectores, su cantidad, su penetración y su diseño óptimo para geometrías de conexión a pozo de sección circular de diámetro 3 m, donde los casos estudiados se diferencian entre sí únicamente por la relación radio-diámetro (r/D) del codo perteneciente a cada geometría, estos son r/D 0, 0.5, 0.6, 0.75, 1.0, 1.5 y 2.0. El estudio de independencia de malla entrega un tamaño de celda de 0.072 m y el modelo de turbulencia que se ajusta mejor es el de Transporte del Esfuerzo de Corte (SST, por sus siglas en ingles), pues logra caracterizar mejor los fenómenos turbulentos que ocurren al interior de las geometrías en estudio. El estudio del deflector óptimo y su aplicación a las geometrías de tres dimensiones indica que es beneficioso incorporar: 4, 3, 2 y 1 deflectores a los codos r/D 0, 0.5, 0.6 y 0.75 respectivamente, pues genera reducciones del factor de choque entre 60 y 79%. Además, se obtiene una reducción del área de turbulencia de aproximadamente un 50%. Para los codos r/D 1.0, 1.5 y 2.0 no es conveniente su incorporación ya que aumentan el valor del factor de choque en ellos debido al aumento de la fricción. De acuerdo al análisis técnico-económico, los diseños óptimos son las geometrías conexión a pozo con codo de razón r/D igual a 0.6 y 0.75 con deflectores y 1.0 sin deflectores, los cuales entregan un VAC a 5 años de 475.1, 475.2 y 475.5 kUSD, respectivamente.