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INCOMODIDADE TÉRMICA NO AMBIENTE SUBTERRÂNEO -
CASO ESTUDO EM MINAS IBERO-AMERICANAS
VIDAL NAVARRO TORRESCentro de recursos Naturais e Ambiente do
IST Universidade Técnica de Lisboa
Lisb
oa
Portu
gal
CONTEÚDO
Introdução Modelos matemáticos Caso estudo em minas Ibero-americanas
Caracterização térmica no ambiente subterrâneo da mina de Neves
Caracterização térmica do ambiente subterrâneo da mina de San Rafael
Analise comparativa das normas Portuguesa e Peruana Medidas correctivas do impacte ambiental térmico
Conclusões
Lisb
oa
Portu
gal
INTRODUÇÃO
Efi
ciên
cia
no t
raba
lho
(%)
%)
Temperatura efectiva, Te , ou Temperatura húmida, Th (ºF)
100
60
80
40
20
0 80 70 100 110 90 120 60
Th
Te
V = 2.03 m/s
V = 4.06 m/s
V = 0.51 m/s
V = velocidade do ar Th = Temperatura húmida
Perda de interesse nas actividades que realiza;
Frequentes descansos ou folgas;
Desejo de concluir a actividade rapidamente;
Irritabilidade; Redução do grau de
concentração; Falta de sentido e de
atenção; A morte > 42 ºC e em
tempo prolongado.
Lisb
oa
Portu
gal
Exemplo da variação da temperatura na mina de Neves Corvo, no circuito com entrada pelo poço de Santa Bárbara e saída pelo poço CPV2
17
19
21
23
25
27
29
31
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Percuso do ar (m)
Tem
pera
tura
(ºC
)
Temperatura seca Temperatura húmida
Lisb
oa
Portu
gal
Causas principais para o acréscimo da temperatura no ambiente subterrâneo Autocompressão; Propriedade termal do maciço rochoso; Uso de equipamentos diesel; Detonações de cargas explosivas; Metabolismo humano; Presença de água termal.
Lisb
oa
Portu
gal
MODELO MATEMÁTICO
Autocompressão (tha); Transmissão do calor do maciço rochoso (tr) ; Equipamentos com motor diesel (ted); Detonação de cargas explosivas (tex); Metabolismo humano (th); Presença de água termal (tt).
thexedrhatotal ttttttttt 12
Lisb
oa
Portu
gal
Temperatura exterior (exemplo Neves Corvo)
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
0 2 4 6 8 10 12 14
Meses do ano
Tem
pera
tura
sec
a (º
C)
Temperatura mínima Temperatura máxima Temperatura média
Lisb
oa
Portu
gal
Temperatura de autocompressão
dh
dp h L
Poço ou chaminé
t1
t2
senLtha ..0098.0
Em poço vertical: por cada 100 m de profundidade a temperatura do ar aumenta em 0.98 ºC (1 ºC)
Lisb
oa
Portu
gal
Temperatura de maciço rochoso
)...2000..(
)..(.. 112 QCLPg
senLhhLPttt
eag
tcnr
d
NuK d.
)1(Pr)8
(7.1207.1
Pr.Re8
67.05.0
f
f
Nud
d
: Coeficiente de transferência de calor
h1: Profundidade de inicio da abertura
htcn: profundidade á zona neutral térmica
gg: grau geotérmicoK : condutividade térmica
Red: Número de ReynoldsPr: Número de Prandtlf: Coeficiente de fricção da abertura
Nud :Relação de Dittus e Boelter
a : massa volúmica do ar
Ce: calor específico do arQ: Caudal de ar
Lisb
oa
Portu
gal
Temperatura de equipamentos diesel
QC
pqfft
ea
ddtmed ..
...
1
2
L LHD diesel
Q
t1
t2
Gases, poeiras e calor
fm.ft : factor combinado de conversão à energia mecânica e de utilização do equipamento
qd: emissão de calor
pd: potência do equipamento diesela : massa volúmica do ar Ce: calor específico do arQ: Caudal de ar
Lisb
oa
Portu
gal
Temperatura na detonação de carga explosiva
QC
ect
ea
ueex ...86400
.
Ce: calor libertado pelo explosivo
eu: quantidade de explosivo usadoa : massa volúmica do ar Ce: calor específico do arQ: Caudal de ar
Lisb
oa
Portu
gal
Temperatura de metabolismo humano
QC
nqt
ea
hh ..
.
qh: calor libertado por uma pessoa
N: número total de pessoasa : massa volúmica do ar Ce: calor específico do arQ: Caudal de ar
Lisb
oa
Portu
gal
Temperatura de água termal
tt = medido in situ
Pode atingir temperaturas de 30 a 40ºC no ar da atmosfera subterrânea
Lisb
oa
Portu
gal
CASOS ESTUDO – Mina de Neves Corvo
Lisb
oa
Portu
gal
Jazida: hidrotermal vulcano sedimentar
Roca: xistos negros argilosos
Produção: 6500 t/dia
Mina de: cobre e zinco
Lavra: Bech and fill, drift and fill
Localização da mina de Neves Corvo
Mina de Neves Corvo
Lisb
oa
Portu
gal
Baixo AlentejoFaixa piritosa Ibérica
Junto a Vilas de Castro verde e Almodôvar
Ambiente subterrâneo da mina de Neves Corvo
COLECTOR 720
COLECTOR 850
Rolagem Neves
de CPV1-3
Rolagem Nível 700
CORPO CORVO
CORPO GRAÇA
CORPO NEVES
Rolagem Nível 550
Britagem Nível 550
Britagem Nível 700
Poço de SANTA
BÁRBARA
RAMPA GRAÇA
RAMPA NEVES
RAMPA CASTRO
CPV4 CPV8 CPV2 CPV5 CPV3 CPV1 CPV6
Chaminé de minério CPM
Chaminé de ventilação CPV
Galerias de diversos usos
Rampas de diversos usos
Inclinados de diversos usos
LEGENDA
COLECTOR GRAÇA
COLECTOR NEVES
Lisb
oa
Portu
gal
Variação da temperatura exterior
15
17
19
21
23
25
Tempo (cada 1 minuto)
Tem
per
tau
ra s
eca
(ºC
) Temperatura média: 20.71 ºC
Variação da temperatura na entrada do ar pela chaminé CPV1
Lisb
oa
Portu
gal
Variação da pressão exterior
984
985
986
987
9889:
14
9:20
9:26
9:32
9:38
9:44
9:50
9:56
10:0
2
10:0
8
10:1
4
10:2
0
10:2
6
10:3
2
10:3
8
10:4
4
10:5
0
10:5
6
11:0
2
11:0
8
11:1
4
11:2
0
11:2
6
11:3
2
11:3
8
11:4
4
11:5
0
11:5
6
12:0
2
12:0
8
Tempo (cada 1 minuto)
Pres
ão (m
bar)
Pressão média: 985.72 mbar
Variação da pressão barométrica na entrada do ar pela chaminé CPV1
Lisb
oa
Portu
gal
Circuitos de ar em Julho 2000
Lisb
oa
Portu
gal
Total 74
Variação da temperatura no ambiente subterrâneo
17.0
19.0
21.0
23.0
25.0
27.0
29.0
31.0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Percurso do ar (m)
Tem
pera
tura
(ºC
)
Temperatura seca Temperatura húmida
Exemplo da variação da temperatura na rede típica n.º 1 (entre CPV1-CPV2), na área de Corvo
Lisb
oa
Portu
gal
Variação da humidade relativa no ambiente subterrâneo
55%
60%
65%
70%
75%
80%
85%
90%
95%
100%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Enumeração de trechos da rede típica na área de Corvo
Hum
idad
e re
lati
va (%
)
Exemplo da variação da humidade relativa na rede típica n.º 1 (entre CPV1-CPV2), na área do Corvo
Lisb
oa
Portu
gal
Mina de San Rafael
Lisb
oa
Portu
gal
Jazida: hidrotermal vulcânico, corpos
Roca: filitos, quartzitos, stocks de granito
Produção: 2500 t/dia
Mina: estanho
Lavra: Sub Level Stoping
Localização da mina de San Rafael
Mina San Rafael
Lisb
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Portu
gal
América do Sul, PerúAltitude: 4500 – 5000 m
Andes Oriental Sul
Ambiente subterrâneo da mina de San Rafael
. Chaminé Volcan EV3
. Desmontes EV4
. San Rafael 4666
. San Rafael 4600
. Chaminé Patrón EV1
Galeria Patrón EV2
Chaminé EU1 - 4920 . Galeria EU2
. Galeria EU3 - 4890
Chaminé ALIMAK (Umbral - 4750)
. Zapata 4600 . Zapata 4533
Rampa 4523
Nível 4730
Nível 4200
Nível 4493
Nível 3850 (agua termal)
Desmontes (Nível 4310 – 4370)
Ventiladores
Lisb
oa
Portu
gal
Variação da temperatura seca do ar limpo em função da profundidade
H = 1.1237T2 - 72.019T + 5002.3
R2 = 0.8956
3800
3900
4000
4100
4200
4300
4400
4500
4600
0 5 10 15 20 25 30 35
Temperatura do ambiente subterrâneo- ar limpo T(ºC)
Cot
a H
(m)
Valores medidos
Poly. (Valores medidos)
Lisb
oa
Portu
gal
Variação da temperatura seca do ar poluído em função da profundidade
H = 0.1012T2 - 82.347T + 6165.2
R2 = 0.9975
3800
4000
4200
4400
4600
4800
5000
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Temperatura do ambiente subetrrâneo- ar poluído T (ºC)
Cot
a H
(m
)
Valores medidos
Poly. (Valores medidos)
Lisb
oa
Portu
gal
Temperatura de agua termal no nível 3850
Lisb
oa
Portu
gal
Tendências normal e com influencia de argua termal
H = 6E-05T2 - 0.5138T + 1153.4
R2 = 0.8597
0
5
10
15
20
25
30
35
40
3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600
Cotas no ambiente subterrâneo H(m)
Tem
pera
tura
T(º
C) Tendência com influência de água termal
Tendência normal
Poly. (Tendência com influência de água termal)
Poly. (Tendência normal)
Lisb
oa
Portu
gal
Variação do grau térmico comparado com minas do mundo
Profundidade (Km)
0
Tem
pera
tura
da
roch
a vi
rgem
(ºC
)
20
40
60
80
Lisb
oa
Portu
gal
A temperatura exterior de três Minas
0 2 4 6 8
10 12 14 16 18 20 22 24 26
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Meses do ano com inicio em Janeiro (1) e final em Dezembro (12)
Tem
pera
tura
(ºC
)
Neves Corvo San Rafael Panasqueira
Lisb
oa
Portu
gal
Temperatura exterior e temperatura nos desmontes na mina de Neves Corvo
0 2 4 6 8
10 12 14 16 18 20 22 24 26
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Meses do ano
Temp
eratur
a (ºC)
Temperatura exterior Temperatura no Nível 3 Temperatura no Nível 2 Temperatura no Nível 1 Poly. (Temperatura no Nível 3)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Meses do ano
Temper
atura
(ºC)
Temperatura exterior
Temperatura nos desmontes
Lisb
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Portu
gal
Temperatura exterior e temperatura no subsolo na mina de Panasqueira
Lisb
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Portu
gal
0 2 4 6 8
10 12 14 16 18 20 22 24 26
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Meses do ano
Tem
pera
tura
(ºC
)
Temperatura exterior Temperatura no Nível 3 Temperatura no Nível 2 Temperatura no Nível 1 Poly. (Temperatura no Nível 3)
Variação da temperatura exterior Vs subterrâneo
y = 0.2005x - 1.1305 R 2 = 0.6022
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Temperatura Exterior (ºC)
Var
iaçã
o da
tem
pera
tura
no
ambi
ente
subt
errâ
neo
(ºC
)
1305.12005.0 TEVTS
Lisb
oa
Portu
gal
Norma Portuguesa e Peruana
23 24 25 26 27 28 29 30 31 32
Portugal Peru
Tem
pera
tura
(ºC
) Temperatura seca Temperatura húmida Temperatura efectiva
Temperatura (ºC) Período de permanência no trabalho
Seca Húmida
31 26 Permitido
31 - 35 26 - 30 Seis (6) horas
>35 >30 Não permitido
Lisb
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Portu
gal
Norma de conforto ambiental térmicoASHRAE e ISO 7730
Segundo ASHRAE •Conforto térmico: 20 ºC e 29 ºC, para V= 0.15 m/s a 0.25 m/s
•Condição óptima: 22 ºC a 27 ºC
Lisb
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Portu
gal
Fontes de calor e matriz de impacte ambiental térmico
Lisb
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Portu
gal
(DL 162/90)(DL 162/90)
Leve Moderado Alto
Matriz de impacte ambiental térmico
Lisb
oa
Portu
gal
Aplicação para um desmonte na mina de Neves Corvo
Ch. minério
grea
Enchimento
Minério
Ar fresco
Ar poluído
Ar fresco da rampa principal à chaminé
Ventilador auxiliar e manga
Área de exploração
Ch. ventilação
Ch. minério
grea
EnchimentoEnchimento
MinérioMinério
Ar frescoAr fresco
Ar poluídoAr poluído
Ar fresco da rampa principal à chaminé
Ventilador auxiliar e manga
Área de exploração
Ch. ventilação
L= 204 m, P = 20.96 m, S = 27.56 m2, h1 = 659.30 m, htcn= 30 m, = 0º, gg = 30.30 m/ºC, = 0.1837 W/m2.ºC, a = 1.1774, Ce = 1.005, fm. ft = 0.032, qd = 2.9 kW/kW, Pd = 204 kW, Ce = 342 kJ/Kg e eu = 342 kg ANFO/ dia-frente
Temperatura média máxima medida : 27ºC
QQTTT entradasaídatotal
025.29
97.21
461.20
SLS & RP
Lisb
oa
Portu
gal
Medida de mitigação do impacte ambiental térmico num desmonte da mina de Neves Corvo
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Caudal de ar necessário(m^3/s)
Tem
pera
tura
de
saíd
a (º
C)
Temperatura entrada 25ºCTemperatura entrada 26ºCTemperatura entrada 27ºCTemperatura entrada 28ºCTemperatura entrada 29ºCTemperatura entrada 30ºC
DL 162/90 Portugal
ISO, ASHRAE
Lisb
oa
Portu
gal
Desmontes pelo método de SLS
LHD e camião diesel
Down The Hole
Lisb
oa
Portu
gal
Desmonte e rampa 523-NW da mina de San Rafael
Lisb
oa
Portu
gal
Medida de mitigação do impacte ambiental térmico num Nível da mina de San Rafael
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Caudal de ar limpo (m^3/s)
Tem
pera
tura
no
ambi
ente
sub
etrr
âneo
do
Nív
el 3
850
(ºC
) DECRETO SUPREMO Nº 046-2001-EM, Perú
ISO, ASHRAE
ttc QQT
80.27
00384.0053.0
131.25
Lisb
oa
Portu
gal
CONCLUSÕES O modelo matemático desenvolvido e validado para
calcular o acréscimo da temperatura devido ao grau geotérmico do maciço rochoso constitui um contributo muito importante na avaliação do conforto térmico em aberturas subterrâneas profundas.
A influência da temperatura exterior na variação da temperatura do ambiente subterrâneo pode atingir de até 5ºC a uma profundidade de 700 a 750 m, sendo insignificante ou nula quando a temperatura exterior é de cerca de 7ºC.
As normas legais que definem o valor máximo admissível não tem em conta o critério do conforto térmico e variam conforme cada pais.
Lisb
oa
Portu
gal
Muito Obrigado
Lisb
oa
Portu
gal