VENTILACIN SUBTERRNEA Ing. Manuel Figueroa Galiano

VENTILACION DE MINAS

Introduccin Se puede definir la ventilacin de una mina como el trabajo realizado para lograr el acondicionamiento del aire que circula a travs de las labores subterraneas, siendo su objetivo principal el proporcionar un ambiente seguro, saludable y en lo posible cmodo para los mineros.

OBJETIVOS

Proveer el aire necesario para la vida y normal desempeo de los hombres y buen funcionamiento de las maquinas y equipos.

Diluir y extraer los gases asfixiantes, txicos y/o inflamables que se generan espordica y permanentemente en la mina.

Control de las concentraciones de polvos nocivos para la salud y perjudiciales para el funcionamiento de las mquinas y equipos mineros, mediante filtracin, humidificacin, dilucin y extraccin.

Control de la temperatura ambiente de la mina mediante calefaccin refrigeracin.

Control de flujos de aire en la mina en casos de incendios subterraneos.

A fin de lograr este objetivo ser necesario:

Garantizar una dotacin de aire fresco y limpio tanto a los frentes de trabajo. aprovechando las condiciones naturales y empleando medios auxiliares. El mtodo ms comun para cumplir esta funcin, es hacer circular aire fresco y limpio en forma continua . El diseo de un sistema de ventilacin de mina puede considerarse en dos partes:El planeamiento de las necesidades de aire en las labores subterraneas ; yEl planeamiento de la distribucin del flujo de aire a fin de satisfacer dichas necesidades. La segunda y mas importante es:La ubicacin, dimensionamiento y determinacin de las propiedades aerodinmicas de los conductores de aire. La ubicacin y dimensionamiento de las caractersticas que debern tener los ventiladores.La ubicacin y determinacin de las propiedades que debern tener los reguladores y las puertas de ventilacin.La evaluacin del papel desempeado por la ventilacin natural.El diseo de planos de ventilacin que contemplan la posible falta de ventiladores, incendios, y otras emergencias.

PLANIFICACIN DE LA VENTILACIN Antes que una mina empiece a operar, la empresa debe decidir sobre lo siguiente:

Que tipo de mtodos de explotacin sern usados?

Cuantas reas/secciones se operarn?

Cul es la extensin de las reservas y sern estas explotadas con un sistema de chimeneas?

Cul es la cantidad y tamao de los tneles a ser explotados?

Cul es la profundidad e inclinacin de las reservas?

Que servicios se requieren en los socavones?

El trazado de la mina y los tiempos de las actividades?

CONSECUENCIAS DE UN MAL CONTROL MINEROMal desempeo de los trabajadores, lo que repercute en una mala productividad. Hombre/turno.

Se producen enfermedades profesionales: Enfermedades generadas por polvos: Neumoconiosis Ejm. Silicosis, Siderosis, Talcosis, Antracosis, etc.

Posibles explosiones o incendios, que se pueden traducir en:

Prdidas humanas Prdida de equipos Paralizacin de las tareas.

LIMITES MXIMOS PERMISIBLES DE LOS GASES MAS FRECUENTES EN LAS MINAS PERUANAS.Fuente: Art. 86.- Reglamento de Segundad e Higiene Minera (MEM).

GASEN PPM.(%)O2-19,5%, mnimoCO250,0025%NOx50,0005%CO25 0000,5%SO250,0005%H2S100,001%CH45 0000,5%H25 0000,5%Aldehidos50,0005%

Velocidad del aire en labores subterrneas En toda labor la velocidad del aire no ser menor de : 20 mts./mn ; ni superior a 250 mts./mn (0.33 mts./seg. ) (4.2 mts./seg.) Cuando se emplee explosivo ANFO u otros agentes de voladura la velocidad del aire no ser menor de:25 mts./mn ( 0.42 mts./seg.)

Art. 204.- Se dotar de aire limpio a las labores de trabajo de acuerdo a las necesidades del personal, las maquinas y para evacuar los gases, humos y polvos suspendidos que pudieran afectar la salud del trabajador.

AIRE ATMOSFRICO

El aire atmosfrico es una mezcla de una serie de gases, cada uno de los cuales tiene propiedades fsicas y qumicas propias.La composicin del aire puro seco es:

% en Volumen% en MasaNitrgeno

Oxgeno

Dixido de Carbono

Argn, helio, nen, etc.78,09

20,95

0,03

0,9375,53

23,14

0,046

1,284

Para efectos prcticos el aire puro seco es:

Nitrgeno78.09% Oxgeno 20.95% CO2 + Otros Gases 1%

La densidad del aire a nivel del mar y a 21 grados centgrados es de 1,2 Kg/m3.En atmsferas normales, el aire seco no existe ya que normalmente contiene un porcentaje variable de vapor de agua (0,1 y 4% de su masa) La masa de un gas determinado presente en un espacio de 1m3 depender de su temperatura y la presin ejercida sobre el mismo. La presin ejercida en un gas estar constituida por la presin atmosfrica y las presiones adicionales generadas por medios mecnicos tales como ventiladores compresores.

La humedad del aire en la mina proviene de la humedad que entra del exterior y de la evaporacin de las aguas interiores. Se mide con el higrmetro. Tambin la temperatura se ve modificada por distintas razones:

.

Para conseguir una buena temperatura ambiente hay que aislar disminuir las fuentes de calor, mejorar la ventilacin y realizar acciones complementarias refrigerantes.

A partir de los 300 metros de profundidad la temperatura de la roca asciende 1 C cada 33 metros. Deshulle.Complejidad del recorrido de las galeras. Calentamiento de tuberas y maquinas.Oxidaciones. Personal.

En las alturas el % de oxigeno de 20,95 % disminuye a 19,5 % y su densidad baja de 1,2 Kg/m3 a 0,75 Kg/m3 segn altitud.

A una altura de aproximadamente 4500 msnm. La densidad es de 0,75 Kg/m3, existe una disminucin de oxgeno el cual se debe a que en la altura la presin baromtrica disminuye y con ello la presin parcial del oxgeno disminuye, disminuye el numero de molculas de oxgeno en un pie Cbico requeridos por la sangre.

Por esto cuando inhalamos el aire en la altura sentimos los efectos del sueo, dolor de cabeza, mareos, debido a la presin y a la menor cantidad de oxgeno. EL AIRE Y LA ALTURA

Propiedades del AireDensidad.Gravedad Especfica.Presin Atmosfrica.Humedad Relativa. Temperatura. Viscosidad

AIRE ATMOSFRICO DE LA MINAEl aire atmosfrico al ingresar a la mina sufre cambios en su composicin. El N2 sube, el O2 baja, aumenta el CO2 y tambin se produce aumento de vapor de agua.Existe generacin de gases y polvos que tambien se suman a esta nueva composicin aumenta su T , humedad y peso especfico.Causas:Respiracin de los hombresEquipos de combustin internaVoladuras e incendios (Explosivos nitrosos, ANFO)Descomposicin de sustancias materiales minerales y/o orgnicas.Presencia de aguas estancadas.Operaciones bsicas de la explotacin.Talleres de soldadura y otros (humos notrosos)

AIRE EXHALADO POR LOS PULMONESEste aire exhalado, ya no es apto para la respiracin normal porque el porcentaje de oxigeno mnimo para respirar es de 19,5 % y el mximo permitido de CO2 es de 0,5 % por lo que hay que proveerse de aire nuevo para que el CO2 no vaya creciendo y vaya disminuyendo el O2 y la persona muera por asfixia, que es diferente del caso de deficiencia de Oxigeno sin aumento de CO2 .

79 %Nitrgeno79 %Nitrgeno17 %Oxgeno16 %Oxgeno 4 %Anhdrido Carbnico 5 %Anhdrido Carbnico100 %Total100%Total

Proyecto ejecucin Raise Borer para Ventilacin

CAUSAS POSIBLES DE UNA FALTA DE VENTILACIN:Puede ser debida a las siguientes causas, estas son:

La profundidad de la mina.

No respetar los reglamentos establecidos.

Las malas condiciones de los circuitos: longitud, seccin, obstculos, etc.

Mala utilizacin de las puertas de ventilacin.

Porcentajes altos de gases nocivos.

La humedad del aire.

En la ventilacin minera existen tres tipos de control :Control de CalidadControl de cantidadControl termo ambientalControl de Calidad.- Asegura que los contaminantes gases y polvos no rebasen los niveles tolerables o permisibles y comprende:Determinacin de los gases nocivos en el ambiente mantenindolos dentro de los niveles permisibles.Control de polvo ambiental Concentracin en el ambienteTamao de las partculas Composicin mineralgicaTiempo de exposicin Control de Cantidad.- Comprende:Control de velocidad del aireVerificacin del caudal del aire de acuerdo a las normasControl de distribucin del aire dentro de las laboresDeterminacin de perdidas del aire por el circuito Estudio de las resistencias de las labores minerasEleccin e instalacin de ventiladores y ductos de ventilacinProyectos y comprobacin de las redes de distribucin Control termo ambientalMedidas de temperatura Humedad relativaVelocidad del aire

PROPIEDADES FISICAS DEL AIRE

Expansin: Aumento de volumen de una masa de aire al verse reducida la presin ejercida por una fuerza o debido a la incorporacin de calor. Contraccin: Reduccin de volumen del aire al verse presionado por una fuerza, pero este llega a un lmite y el aire tiende a expandirse despus de ese lmite. Fluidez: Es el flujo de aire de un lugar de mayor a menor concentracin sin gasto de energa. Presin atmosfrica: Fuerza que ejerce el aire a todos los cuerpos,Volumen: Es el espacio que ocupa el aire. Densidad: Es de 1.18*10- g/cm.

Contaminantes atmosfricos: las contaminaciones atmosfricas pueden ser gaseosas, de polvo y de microbios; a estas cabe aadirlas de radiaciones ionizantes. El conjunto de estos factores constituye el llamado smog.HUMEDAD RELATIVA: La humedad relativa es la humedad que contiene una masa de aire, en relacin con la mxima humedad absoluta que podra admitir sin producirse condensacin, a igual temperatura y presin atmosfrica. Se expresa en tanto por ciento.

HUMEDAD ABSOLUTA: La humedad absoluta es la cantidad de vapor de agua presente en el aire, se expresa en gramos de agua por kilogramos de aire seco (g/kg), gramos de agua por unidad de volumen (g/m) o como presin de vapor (Pa o KPa o mmHg). A mayor temperatura, mayor cantidad de vapor de agua permite acumular el aire.

PUNTO DE ROCIO: Es la temperatura a la cual el aire se encuentra saturado de vapor de agua, se dice, cuando la temperatura disminuye se produce la condensacin. La principal utilizacin del concepto punto de roco esta en el campo del aire seco, en donde es el parmetro fundamental para indicar la mayor o menor cantidad del mismo.

CAUDAL DE AIRE EN FUNCION DE LA TEMPERATURA DEL AIRE Y HUMEDAD RELATIVAHR = PPARCIAL DEL VAPOR DE AGUA A ESA TEMPERATURA * 100 P DE SATURACION A ESA TEMPERATURA Ejemplo:Temperatura: 20CPor medicin se tienen 16 g /m3 determinar la HR.HR = (16 g /m3) / (17.30 g /m3) * 100HR = 92.5 % (implica que el ambiente puede absorber an 7.5% de agua a esta temperatura).

TEMPERATURA SECAHUMEDAD RELATIVAVELOCIDAD MINIMA DEL AIRE (mts/min)24 - 30 C85%30Mayor o igual 85%120

TEMPERATURA (C)GRS/M3P(saturacin)MILIBAR-400.1190.128-200.8841.0304.856.112017.323.374051.1973.78

LA DENSIDAD DEL AIRE PESO ESPECIFICO: La densidad relativa o peso especfico de los gases como el aire, es la relacin de la densidad del lugar comparada con la densidad del aire a 0 C y una atmsfera (760 mm de Hg) establecindose la siguiente formula:

La densidad del aire a nivel del mar es de 0,075 lb/pie3, a una presin baromtrica de 29,92 pulgadas de Hg.

La densidad del aire a cualquier altitud se halla utilizando la siguiente formula:

Donde: B: Presin baromtrica de lugar, en pulgadas de mercurio (tablas) T: Temperatura de aire obtenido por el bulbo seco en el punto de medicin en que se determina la densidad (R) d: Densidad lb/pie3 del aire del lugar.

Ejemplo: Cul es la densidad del aire a 100,4F o 38 C cuando el barmetro marca en ese lugar 17,22 pulgadas de Hg. A la altitud de 14 500 pies equivalente a 4 420 m.s.n.m.?Algunas conclusiones lgicas para este punto son:

El aire caliente o de alta temperatura es de baja densidad.El aire fro o de baja temperatura es de alta densidad

Factor de correccin por altura (z)Relacin entre el peso especfico a una determinada altura y el peso especfico a nivel del mar.

Wh: Peso del aire a determinada alturaWo: Peso del aire a nivel del marTemperaturaEs el estado trmico del aire, indica intensidad de energa trmica, las escalas trmicas dinmicas mas usadas son las escalas de grados Celsius y Fahrenheit.

Volumen especfico del aire (V)Es el volumen que ocupa un gas por unidades de peso:

A nivel del mar:V= 1 / 0.075 lb/pie3 V= 13.33 pies3/lb

PRESIN BAROMTRICA: El peso del aire de nuestra atmsfera ejerce una presin sobre la superficie de la tierra. Esta presin es conocida como presin atmosfrica. Generalmente, cuanto ms aire hay sobre una zona ms alta es la presin, esto significa que la presin atmosfrica cambia con la altitud. Por ejemplo, la presin atmosfrica es mayor a nivel del mar que en la cima de una montaa. Para compensar esta diferencia y facilitar la comparacin entre localizaciones con diferentes altitudes, la presin atmosfrica es normalmente ajustada a la equivalente al nivel del mar. Este ajuste es conocido como presin baromtrica.A nivel del mar la presin tiene un valor de 29.92 pulg de Hg igual a 1 atm. e igual a 14.6 lb/pulg2, igual a 760 mm Hg.Comnmente para las diferencias de presin causadas por un flujo de aire, stas se miden en pulgadas de agua. (pulg. de H2O )

DETERMINACIN DE LA PRESIN ATMOSFRICA (DEL LUGAR DE TRABAJO). -g x H R x TP = Po x eDonde:P = Presin atmosfrica a una altitud determinada (KPa)Po = Presin atmosfrica al nivel del mar (100 KPa)H = Altitud a nivel del mar (mts.)T = Temperatura a la altura determinada (K)T = K + ( T atmosfrica C (n.m.) + T altura mina C 2R = Constante universal del aire (290 J/Kg - K)G = Aceleracin de la gravedad (9.81 mts/seg)Para una altura de trabajo igual a 4 015 m.s.n.m. y una temperatura de 12C (altura mina).Se tiene: - 9.81 x 4 015 290 x 286,5P = 100 KPa x eP = 63,2 KPa (1 lb/pulg = 6,895 KPa)P = 9 lbs/pulg

TABLA DE LA PRESIN ATMOSFERICA A DETERMINADA ALTITUD Y PRESION BAROMETRICA - DENSIDAD RELATIVA DEL AIRE

Altitud (ft)Presin atmosferica (psi)Presin baromtrica (pulgadas de Hg)Densidad relativa del aire014.6929.921.00050014.4229.380.981100014.1628.860.964150013.9128.330.947200013.6627.820.930250013.4127.310.913300013.1626.810.896350012.9226.320.880400012.6825.840.864450012.4525.360.848500012.2224.890.832550011.9924.430.716600011.7723.980.799650011.5523.530.786700011.3323.090.771750011.1222.650.758800010.9022.220.739850010.7021.800.728900010.5021.380.715950010.3020.980.7011000010.1020.580.687105009.9020.180.674110009.7119.750.661115009.5219.400.648120009.3419.030.636125009.1518.650.624130008.9718.290.611135008.8017.930.599140008.6217.570.587145008.4517.220.576150008.2816.880.564

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA TEMPERATURA DEL AIRE DE LA MINA1.- Temperatura del aire exterior.2.- Compresin del aire al descender en la mina.3.- Temperatura de las rocas.4.- Procesos endotrmicos y exotrmicos.5.- Intensidad de la ventilacin.1.- Temperatura del aire exterior: Depende mucho de la estacin del ao (otoo, invierno, primavera, verano) y tambin si estamos de da o de noche (10 a 12C menores que cero). La temperatura del aire exterior debera andar en el orden de 5C (ideal) para evitar por ejemplo congelamiento del agua en galeras de ventilacin, ejerciendo el efecto de reguladores. A veces es necesario calentar o refrigerar el aire, para lo cual recurrimos a la frmula siguiente:W = P * C * (Tf - To) (Kcal/min)donde:C = Calor especfico del gas Cp = 0.24 kcal/kgC (presin cte) P = kilogramos del gas a calentar(aire).W = Caloras necesarias para calentar P kgrs de un gas desde una temperatura To a una temperatura Tf.

2.- Compresin del aire (efecto pistn):

Para considerar este efecto se utiliza la siguiente frmula:T2 = T1 + ( ( - 1 ) / ( * R ) ) * H

donde:R = 29.27 Constante gases perfecto del aire seco.= 1.41 Indice adiabtico.

Si reemplazamos nos quedar:

T2 = T1 + 0.0098 * H T2 = T1 + 0.0054 * HT1 y T2 en C , H en mts T1 y T2 en F, H en piesH = Profundidad o diferencia de cota.T1 y T2 = Temperaturas secas.NOTA: La temperatura aumenta en 0.0098 C por cada metro de profundidad, por tanto, 1 C por cada 100 mts de profundidad, es decir, a 1000 mts. de profundidad se tiene un aumento de la temperatura por este concepto de 10 C.

3.- Calor de las rocas:La temperatura externa tiene influencia en la temperatura de las rocas hasta mximo 40 mts.. Ms abajo se supone constante la temperatura, solo se ve afectada por el fenmeno del " Grado Geotrmico". El Grado Geotrmico se define como la medida de la distancia a la cual la temperatura aumenta en 1 grado en las rocas.GG = ( H - hk ) / ( tr - tp ) (mts)Donde: H = Profundidad de la medicin, mts.hk = Profundidad de la zona a temperatura constante.tr = Temperatura a la profundidad H, grados. tp = Temperatura promedio anual del lugar.Tipo de Terreno GG.(mts) Bituminosos y Petrolferos 10 - 15 Carbonferos 30 - 35Metalferos 35 - 50

4.- Procesos Endotrmicos y Exotrmicos:

Proceso Endotrmico.- Temperatura internaProceso Exotrmico.- Temperatura externaProcesos Qumicos: Se pueden citar todas las oxidaciones como son Oxidacin del carbn ( 80 - 85 % del total en minas de carbn). Putrefaccin de maderas( 80 - 85 % del total en minas de carbn). Oxidacin de la pirita (sistemas de relleno con sulfuros pobres). Evaporacin del agua: Proceso endotrmico que compensa la elevacin de temperatura de los procesos exotrmicos. Es importante recalcar que este tipo de enfriamiento no es deseable de ninguna manera ya que a consecuencia del aumento de la humedad relativa, las condiciones mineras pueden hacerse insoportables.- Metabolismo del individuo: El hombre libera 100 - 450 kcal/hra. (reposo - vigoroso).- Voladuras: 0,75 kcal/hra / tonelada de Produccin Mensual, parte del calor es absorbido por las rocas.- Lmparas de carburo: 200 BTU/Hra. y las de seguridad un poco menos. Combustin interna de equipos. Generadores y luces de los equipos. Movimiento de masas rocosas (friccin). Prdidas de carga producto del flujo de ventilacin (prdidas por friccin y choque). Caeras de aire comprimido y de agua.

La velocidad del aire en las galeras es un importante factor que influye sobre el confort del personal. Un trabajador no se siente bien en el aire tranquilo. Generalmente su rendimiento aumenta con el aumento de la velocidad del aire, por supuesto que no en forma lineal, de hecho por arriba de los 5 mts/sg no tiene influencia prctica. La estada prolongada del hombre en condiciones trmicas desfavorables conduce inevitablemente al aumento de la temperatura en el organismo. La temperatura del hombre puede subir ms de 42 C y provocar la muerte.PRESCRIPCION REGLAMENTARIA: Segn estudios de fisilogos ingleses, la accin prolongada de las temperaturas mayores de 28 C por el termmetro seco ( 26 C termmetro hmedo) es nociva para el cuerpo humano. A temperaturas hmedas de 32 C, no es posible ningn trabajo duraderoALEMANIA: Si la temperatura es mayor a 28C la jornada debe ser reducida a 6 horas, inclusive en ambientes muy hmedos, la inspeccin del trabajo puede ordenar que esta disposicin sea aplicada con temperaturas ms bajas.TECNICAS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRE

CONFORT AMBIENTAL TEMPERATURA HUMEDAD AMBIENTE RELATIVA