Sistemas de Acondicionamiento de Aire en Minas

 

ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS SISTEMAS DE ACONDICIONAMIENTO El acondicionamiento de aire en minas es necesario para realizar las actividades y  procesos productivos productivos propios del del lugar. lugar. ara ello ello se re!uieren re!uieren condiciones condiciones espec"#cas. espec"#cas. Cuando el sistema de ventilación subterránea de una mina, con todas las medidas tomadas para controlar y reducir la temperatura y la humedad, es incapaz de proporcionar las condiciones ambientales requeridas por las normas gubernamentales aplicables y por las normas o estándares adoptados por la propia mina en particular (siempre y cuando estos sean superiores a los requerimientos legales), entonces es necesario acondicionar el aire, por lo general para dotarlo de una mayor capacidad de enfriamiento, por medio de un sistema de enfriamiento de aire. En algunas minas en otros pases con climas muy fros en el invierno llegan a requerir calentar el aire.

Figura 1: Aumento en la temperatura de bulbo húmedo debido a la autocompresión del aire, en la temperatura dede bulbo húmedo en supercie y de la elevación o función presión de barométrica a parte un metro.

Fuentes de calor en minas subterrneas El resultado predecible de una mina al profundizar es que aumente su temperatura y que tambi!n aumente su humedad (" ("igura igura #), hasta cierto punto en el cual un incremento incremen to en los $u%os de ventilación no sea su&ciente para mantener condiciones ambientales adecuadas en la mina. Es el momento de recurrir a sistemas de enfriamiento, debiendo debiendo seleccionar el el sistema que sea más conveniente conveniente le sirva para las condiciones particulares de la mina. 'ara plani&car un sistema de enfriamiento hay que determinar la cantidad de calor sensible y latente que se debe remover, dicho de otra manera hay que determinar la carga de enfriamiento. 'or orden de importancia las fuentes de calor en una mina subterránea son compresión adiabática o autocompresión del aire, calor de la roca (gradiente geot!rmico), equipo electromecánico y alumbrado, agua subterránea,

 

oidación, voladuras, metabolismo humano, movimiento de roca y tuberas. *ay que tener en cuenta la temperatura y humedad del aire de ventilación ventilación por su efecto en el $u%o de calor de la roca y del agua subterránea. !ompresión adiabtica o autocompresión del aire En los tiros y obras mineras sensiblemente verticales el peso de la columna de aire ocasiona una compresión en el fondo de la columna que viene acompa+ada por un aumento en la temperatura del aire, como sucede cuando se comprime aire utilizando un equipo de compresi compresión. ón. 'ara determinar la cantidad de calor que produce la autocompresión del aire, se hace la suposición de que la compresión del aire se realiza adiabáticamente, es decir, se asume que el contenido de vapor de agua en el aire permanece constante, que no hay fricción en el $u%o de aire y que tampoco hay transferencia de calor entre el aire y las paredes del tiro u obra minera. En realidad, por lo general hay cambios en el contenido de vapor de agua, hay transferencias de calor y hay fricción en el $u%o de aire. e estima que, de manera general, el aumento en la temperatura de bulbo seco debido a la autocompresión es de # -C por cada # metros de profundidad del tiro. El aumento teórico en la temperatura de bulbo seco del aire en un tiro por el que ba%a aire se puede calcular por la ecuación /onde T  es  es la temperatura absoluta de bulbo seco,  es la presión atmosf!rica, es la razón entre los calores espec&cos del aire a volumen y presión constantes y los subndices # y 0 denotan las condiciones iniciales y &nales respectivamente. 1os valores de 2 son de #.30 para aire aire seco y de #.450 mnimo para para aire aire saturado6 el eponente (27#)82 (27#)82por por lo tanto toma los valores de .09: para aire seco y de aproimadamente .055 para aire saturado. En el uso de esta fórmula se está suponiendo que el comportamiento es adiabático. Esto es, cuando el contenido de vapor del aire permanece constante, no hay fricción en el $u%o y no hay transferencia de calor entre el aire y cualquier otro cuerpo. En una mina real, por supuesto, esto no sucede nunca. /e una manera práctica, sin considerar el cálculo teórico, el aumento en la temperatura de bulbo seco se estima en ;.4 -" para una disminución disminución en elevación elevación de #, pies (=n suponiendo que la conductividad t!rmica de la roca es constante, el $u%o de calor es considerablemente más alto durante el perodo inicial despu!s de ecavada una obra minera que varios a+os más tarde cuando se han desarrollado condiciones de estado continuo o estable. En áreas mineras %óvenes se debe calcular el in$u%o de calor usando t!cnicas de $u%o de calor pasa%ero. e puede hacer una grá&ca de $u%o de calor de la pared rocosa hacia el aire en el tiempo. El punto donde la curva se aplane es cuando el $u%o de calor asume un estado estable. En la transferencia de calor la humedad es muy importante, si la roca está muy mo%ada esta humedad aumenta la razón de transferencia de calor al reducir la resistencia a la transferencia de calor en la interfase y al ba%ar la temperatura de bulbo seco del aire. Eisten varios m!todos para calcular la razón del $u%o de calor de las rocas ?och7 'atterson, Carrier, tar&eld y tar&eld7/ic@son. En el cálculo de la transferencia de calor de la masa rocosa a las obras mineras, con cualquiera de los m!todos, ?och7'atterson, ?och7'atterson, Carrier o tar&eld, estos m!todos no son con&ables para todas las condiciones encontradas en las operaciones mineras subterráneas. Ao obstante, un ingeniero con eperiencia en análisis de calor de mina, puede utilizar estas t!cnicas para predecir con una buena aproimación futuras condiciones ambientales y requerimientos de enfriamiento de mina. e necesita más investigación para desarrollar una t!cnica rápida para medir directamente in situ las razones de $u%o de calor de la pared de la masa rocosa. Estos estudios se deben conducir en condiciones variables de conductividad t!rmica de roca, temperatura de roca virgen, temperaturas de bulbo seco y bulbo h=medo de aire de ventilación, velocidad de aire y revestimientos de la pared de la masa rocosa. Agua subterrnea y evaporación El agua subterránea en contacto con la roca circundante puede tener una temperatura igual o cercana a la de la roca, pero si está en la cercana o en contacto con fuentes geot!rmicas, entonces su temperatura será mayor a la de la roca circundante ('or e%emplo, en la mina de Aaica, Chihuahua la temperatura del agua es de alrededor de ;0-C). Como quiera que sea el agua subterránea es una fuente muy importante de calor en las minas. En #unque son posibles posibles varias varias combinaciones de

 

temperaturas s con una diferencia diferencia de 0-", con el &n de hacer una estimación use esta temperatura combinación). combinació n). >hora calcule cuál será la carga de enfriamiento y las temperaturas del aire saliendo del reba%e, suponiendo temperaturas de aire entrando al reba%e de 5 -" bulbo h=medo y bulbo seco. 'lu%o de calor de la pared de la masa rocosa&

L M .:4;< (valor interpolado interpolado tomado de tabla de de ?och y 'atterson) 'atterson)

(anancia de calor por e!uipo mec)nico& q M #  0,;33 M 0;3,3 Ftu8h (anancia de calor meta$*lico& 1a adición de calor calor metabólico será será de 90 Ftu8h persona q M 4  90 M 0,35 Ftu8h Carga total de enfriamiento q M 0##,ire saliendo (:5 -"8:3 -"),

h0 M 3:.3# Ftu8lb

>ire entrando (5 -"85 -")

h# M 4 < 60 (0.0 (0.01%) 1%) (4090 (409000) 00) (4.' (4.'6 6  '6.' '6.')) < 198%6 198%69400 9400 Btu/ Btu/ 

e#rigeracin

> < 198%69400 < 1*8 ton$

El volumen de $u%o requerido de agua enfriada, entregada a 3 -" y calentada a : -", es M #05 gpm (9. lps) Este tipo de cálculo de carga de enfriamiento siempre es modi&cado por la eperiencia en minas en operación. 'or e%emplo, e%emplo, la suposición suposición de un enve%ecimi enve%ecimiento ento de 0 meses de la roca puede dar una estimación demasiado conservadora de la transferencia de calor de la pared rocosa, sera más realista varios meses más vie%a. ambi!n pudiera ser alta la estimación de la carga de calor del equipo mecánico, sobre todo si la pala va a traba%ar sólo parte del tiempo.