Ventilacion de Minas-Apuntes Del Curso

VENTILACION DE MINAS FORMACION DE EXPERTOS EN SEGURIDAD MINERA SERNAGEOMIN

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INDICE Pág. CAPITULO I LA ATMOSFERA DE LA MINA SUBTERRANEA EL AIRE GASES DE MINAS POLVO DE MINAS CONCEPTO DE TOXICOLOGIA CLIMA SUBTERRANEO MEDICION DE CONTAMINANTES

4 4 7 11 16 17 19

CAPITULO II PROPIEDADES FISICAS DEL AIRE HUMEDAD DEL AIRE MOVIMIENTO LAMINAR Y TURBULENTO

20 22 23

CAPITULO III RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL AIRE COEFICIENTE DE RESISTENCIA AERODINAMICA LARGOS EQUIVALENTES

25 26 28

CAPITULO IV CIRCUITOS DE VENTILACION METODO DE IGUALACION DE DEPRESIONES METODO TRANSFORMACION-TRIANGULO EN ESTRELLA CIRCUITOS COMPLEJOS

30 33 34 35

CAPITULO V VENTILADORES DE MINAS FORMULAS FUNDAMENTALES

37 39 CAPITULO VI

CALCULO DE CAUDAL DE AIRE

43

CAPITULO VII REGULACION DE CIRCUITOS

45 CAPITULO VIII

VENTILACION NATURAL

46 2

Pág. CAPITULO IX VENTILACION AUXILIAR

48 CAPITULO X

CONSIDERACIONES DE COSTO DE VENTILACION DISEÑO ECONOMICO DE GALERIAS CALCULO DE UNA GALERIA ECONOMICA COSTOS DE OPERACION

51 51 52 53

BIBLIOGRAFIA

54

3

CAPITULO I LA ATMOSFERA DE LA MINA SUBTERRANEA 1.- EL AIRE El aire que respiramos es el fluido básico para la generación de vida en nuestro planeta, se defino como una mezcla mecánica de gases que, en su estado puro y seco tiene la siguiente composición.

El aire seco no existe en atmósferas normales, ya que se presenta húmedo con contenidos de agua que varían entre 0,1% y 3% en volumen, comúnmente en minas exceden el 1%. El aire es incoloro, inodoro insípido y sustenta las combustiones y la vida. Un metro cúbico de aire seco a 0º Celsius y 760 mm. de Mercurio pesa 1,293 Kilogramos. 1.1.- AIRE DE MINAS Al recorrer una mina la composición del aire varía, el oxígeno disminuye por su consumo, el anhídrido carbónico aumenta y pueden incorporarse otros gases tales como: metano, monóxido de carbono, óxidos nitrosos, ácido sulfhídrico, dióxido de azufre y otros en menor proporción, la presencia de estos gases solo puede permitirse a concentraciones determinadas como límites permisibles y durante tiempos regulados por la normativa chilena como el DS 72 Modificado 132 de Febrero de 2004 y el DS 594. 1.2.- LA RESPIRACION HUMANA La transformación energética que nos permite vivir, consume oxígeno y libera dióxido de carbono, nuestro sistema respiratorio proporciona oxígeno a la sangre y libera el anhídrido carbónico (dióxido de carbono), este gas es una

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impureza que debe mantenerse controlada, ya que aunque no sea tóxica provoca trastornos que pueden ser graves en el ser humano. En general el aire exhalado contiene: N2 : 79 % O2 : 16 % CO2: 5 % 1.3.- COCIENTE RESPIRATORIO (CR) Se conoce como cociente respiratorio a la razón entre el CO 2 expelido y el Oxígeno, nos indica la relación entre el esfuerzo de las personas debido a la actividad física y el consumo de oxígeno, si el cociente respiratorio se acerca a “1” significa que el esfuerzo físico es mayor, si es muy inferior a “1” significa que está en reposo. CO2 Expelido CR = -------------------------------O2 INHALACION DE OXIGENO Y AIRE EN LA RESPIRACION HUMANA

1.4.- CANTIDAD DE AIRE REQUERIDO Usando los datos de la tabla se puede calcular la cantidad de aire necesario para el proceso respiratorio. Considerando el oxígeno consumido y tomando en cuenta el mínimo establecido en el D.S. 72 Modificado (19,5%), es posible calcular el caudal de aire requerido en m3/seg. La demanda de oxígeno para una actividad vigorosa es de 47,2 x 10 -6 m3/seg.

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Balance de oxígeno:

Q = (47,20 x 10-6)/(0,21 - 0,195) = 0,003(m3/s) Si consideramos esta vez el contenido máximo de CO 2 = 0,5 %. Considerando una actividad vigorosa, es decir CR = 1, CO2

=

1 x 47,20x10-6 (m3/seg)

=

47,20x10-6 (m3/seg)

Q=

47,20 x 10-6 0,005 - 0,0003

= 0,01

m3

( s)

Esto significa que se requiere mas del triple del aire para mantener controlado el CO2 bajo 0,5% que lo necesario para mantener el Oxígeno sobre 19,5%. En caso de necesidad el hombre puede sobrevivir con una cantidad menor de aire siempre y cuando no la cantidad de oxígeno no sea inferior al 16% y el CO 2 no sea excesivo. La práctica industrial recomienda de 280 a 840 Litros/min. de aire 6

fresco por hombre para un atmósfera sana. El Reglamento de Seguridad Minera establece que se requiere de 3 m3/ min. por hombre (3000 litros/min.) 1.5.- CARACTERISTICAS DEL OXIGENO En la siguiente tabla se ha colocado los efectos que la disminución del oxígeno en le ambiente produce en las personas, estos datos se encuentran relacionados con la variación de la cantidad de aire en la atmósfera con la altura, si bien el porcentaje de oxígeno es el mismo que al nivel del mar, debido a la disminución de su densidad, la cantidad de oxígeno disminuye.

El oxígeno se combina con casi todos los materiales. Se designa a este proceso como oxidación, según la velocidad se habla de: 

Oxidación silenciosa: podrido de madera de las minas, oxidación del hierro, oxidación del carbón y de la pirita de hierro. Se produce una reducción del oxígeno y un aumento de CO2 , se presenta en galerías no ventiladas por mucho tiempo. Respiración de las personas, según el esfuerzo físico un minero consume de 0,4 a 4,0 litros de oxígeno por minuto, aspirando de 10 a 100 litros de aire por minuto. Todo proceso de combustión y explosión. Aumento de concentración de gases nocivos como metano, CO 2 y otros.

  

2.- GASES DE MINAS 2.1.- ORIGEN DE LOS GASES 

Gases de estrata. El más común es el metano, se libera de 0,6 a 1,2 m 3/min. por m2 de superficie de carbón expuesta, emisiones súbitas pueden ascender de 12 a 120 m3/min.

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









Gases de Tronadura Las dinamitas se clasifican según su emisión de gases tóxicos al detonar. El fabricante debe entregar los gases y sus concentraciones que resultan de su uso, dato muy relevante para el cálculo de la cantidad de aire necesario para su dilución.

Máquinas de Combustión Interna: Pueden liberar gran cantidad de contaminantes, hasta o,28 m 3/ por hp, como CO, NO2, aldehídos , humos metano y SO2. Fuegos y explosiones En estos casos la combustión es generalmente incompleta, liberándose además de CO2, CO, metano y otros gases, en el caso de las minas el fuego termina cuando el oxígeno se consume, ya que se deben sellar las galerías para controlar los fuegos. Respiración humana: Como se había indicado la respiración libera 47,2x10 -6 m3/seg. por trabajador. Baterías: Desprenden pequeñas cantidades de hidrógeno durante el proceso de recarga.

2.2.- TIPOS DE GASES 

Nitrógeno: Es un gas incoloro, inodoro e insípido de peso específico 0,97 levemente mas liviano que el aire, químicamente inerte, cuando se respira asfixia al ser humano de manera muy parecida a como lo hace el agua. Se incrementa por putrefacción de orgánicos, trabajo con explosivos, desprendimiento de estratos de minas metálicas, se detecta en forma indirecta, midiendo el oxígeno en el aire. Por ser mas liviano que el aire se va a las partes altas de las labores, especialmente en las chimeneas, desplaza al oxígeno, pudiendo asfixiar a los mineros que trabajan en ellas.

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

Anhídrido carbónico: Gas sin color ni olor con sabor ligeramente ácido, peso específico 1,53, se disuelve fácilmente en agua. Punto de fusión es a -57º Celsius por encima de su punto de ebullición que es de -78,5º Celsius, es un estimulante de la respiración, no es altamente tóxico. La especial peligrosidad de la presencia de CO2, se da porque este gas es mas pesado que el aire y por ello se acumula en las partes bajas de las labores inclinadas, rampas y piques.

Proporción de CO2 del aire de aspiración Síntomas (% en volumen) 1 Aumento de la cantidad de aire aspirada sin quebranto de la salud 2 - 4 Mas del doble de la cantidad de aire de respiración, rápida fatiga La respiración se triplica y se hace difícil, fuerte necesidad de 4 - 8 respiración y fenómenos de agotamiento. Pérdida del conocimiento y paralización de la respiración. 8 - 10 Parálisis del centro de respiración, grave peligro de muerte. Con 20 a 25% muerte en algunos segundos.



Monóxido de Carbono Es un gas inodoro, incoloro e insípido, débilmente soluble en agua, de peso específico 0,97, explota en el aire cuando se encuentra en un porcentaje de 13 a 75%. Causante del 90% de las muertes en incendios de minas, su presencia en le aire no es común, se obtiene de combustión incompleta de materiales carbonosos, se encuentra en gases de escape de motores de combustión interna y en los gases generados por detonación de explosivos. Es altamente tóxico debido a gran afinidad con la hemoglobina, de 250 a 300 veces mayor que el oxígeno, reduciendo el transporte de oxígeno de la sangre. La hemoglobina forma un compuesto estable con el CO llamado carboxihemoglobina, la formación de este compuesto depende de la concentración y del tiempo de exposición. % CO 0,02 0,04 0,12 0,20



SINTOMAS Produce dolor de cabeza después de cuatro horas de exposición Produce dolor de cabeza y malestar en dos horas En media hora produce palpitaciones del corazón, tendencia a perder el equilibrio en una hora y media. Produce inconsciencia en media hora

Acido Sulfhídrico H2S Es un gas sin color, de gusto azucarado y olor a huevo podrido. Su peso específico es de 1,19 Kg/m 3, arde y forma una mezcla explosiva

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





cuando su concentración llega a &% , es fácilmente soluble en agua, más venenoso que el monóxido de carbono su olor lo hace menos peligroso, irrita las mucosas de los ojos y de los conductos respiratorios, ataca el sistema nervioso. Un 0,05% de H2S produce envenenamiento peligroso en media hora y con 0,1% rápidamente viene la muerte. El envenenamiento por H2S se reconoce porque la sangre y la piel evoluciona a un color verdoso. Las fuentes de formación de H2S son la putrefacción de orgánicos, descomposición de minerales, desprendimientos de grietas (minas de sal), combustión incompleta de explosivos. Debido a su solubilidad en agua se deben extremar las medidas cuando se ingresa a minas abandonadas con presencia de agua en las galerías, un litro de agua a 15º Celsius admite 3,23 litros de H2S. Anhídrido Sulfuroso SO2 Es un gas incoloro, sofocante, con fuerte olor sulfuroso de peso específico 2,26 Kg/m3, se disuelve fácilmente en agua. Fuertemente irritante de los ojos y nariz, incluso en concentraciones bajas, en altas concentraciones puede producir graves daños a los pulmones. (0,0001% ataca las mucosas y 0,05% peligroso para la vida). Se forma por combustión de carbones con fuerte contenido de azufre, tronadura de minerales sulfurosos. En minas de pirita cuprífera, calientes y secas durante los disparos pueden producirse peligrosas explosiones de polvo pirítico con formación de SO 2. Óxidos de nitrógeno Estos óxidos se forman por combustión retardada, uso de ANFO, están presentes en los gases de escape de los motores diesel y de gasolina y se forman por reacción del oxígeno y el nitrógeno del aire en contacto con los arcos y chispas eléctricas. El nitrógeno forma varios óxidos (N 2O; NO2; N2O4 ;N2O3; N2O5) tóxico a excepción del N2O . Los tóxico mas corrientes son los anhídridos nitrosos (NO2 y N2O4) y el óxido nítrico (NO). El anhídrido nitroso es un gas mas pesado que el aire, de color rojo parduzco, poco visible en concentraciones bajas, su acción tóxica la ejerce en las vías respiratorias especialmente en los pulmones, al disolverse en agua formando ácido nítrico y nitroso. Tiene un comportamiento engañoso respecto de su toxicidad pues la persona que los respira puede rehacerse aparentemente, y después de varios días u horas morir repentinamente. Un porcentaje de un 0,00025 de óxido de nitrógeno es el máximo permisible para exposiciones prolongadas, siendo un 0,2% fatal en exposiciones cortas. Gas Grisú Es un gas compuesto principalmente de metano (CH 4) en un 95% los otros componentes son anhídrido carbónico, nitrógeno, etano (C 6H6) ácido sulfúrico y a veces hidrógeno y óxido de carbono. El metano es un gas altamente peligroso en la atmósfera de las minas de carbón por su propiedad de formar mezclas explosivas con el aire, causando la muerte de centenares de mineros del carbón. Tiene poca reactividad química por lo que la única manera de eliminarlo es una buena ventilación.

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El peso específico es de 0,554 kg/m 3 por lo que se concentra en las partes altas de las labores mineras de atmósfera tranquila, se debe lamer las paredes con una corriente de aire limpio para diluirlo y eliminarlo. El metano es explosivo con mezclas de entre 9 y 9,5%, produciéndose una combustión tranquila con mezclas de metano superiores a 16%. El metano no es venenoso, la acción del metano sobre la respiración es similar a la acción del nitrógeno, el metano disminuye el contenido de oxígeno en el aire y es mortalmente peligroso únicamente cuando el porcentaje de oxígeno no suficiente para la respiración. 2.3

CLASIFICACION BIOLÓGICOS.

DE

LOS

GASES

SEGÚN

SUS

EFECTOS

Los gases a presión y temperatura normal, como también los vapores provenientes de líquidos, se clasifican como sigue:

3.

•

Gases Asfixiantes. Simples (hidrocarburos, gases nobles, CO2, H2, N2 ) Químicos (CO, HCN)

•

Gases Irritantes. Primarios (HCl, NH3, SO2, Cl2, O3, NO2) Secundarios (H2S)

•

Gases Anestésicos. Primarios (parafinas, olefinas, esteres acetilénicos, aldehídos, cetonas). De efectos sobre las vísceras (H.C. clorados) De efecto sobre el sistema hematopoyético (H.C. aromáticos) De efecto sobre el sistema nervioso (alcoholes, ésteres, CS 2) De efecto en la sangre y sistema circulatorio (nitro y amino compuestos orgánicos).

POLVO DE MINAS El polvo de minas es un conjunto de partículas que se encuentran en el aire, paredes, piso, techo de las labores mineras. Cuando el polvo se encuentra en el aire forma un sistema disperso llamado aerosol, la permanencia del polvo en suspensión depende de varios factores como finura del polvo, forma de las partículas, peso específico, velocidad del aire, humedad y temperatura del aire. El tiempo de permanencia de las partículas de polvo en el aire sin movimiento, depende de la fuerza de gravedad y de la resistencia del aire, de acuerdo a la ley de Stokes, las partículas de diámetro menor a 10 micrones caerán con una velocidad constante, dada por: (2 x r2 x (d – d`) x g) V= -----------------------------

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9xv Donde : V: velocidad de las partículas, (cm/seg) R: radio de la partícula, cm D: peso específico de la partícula, gr/cm 3 d`: peso específico del aire, gr/cm3 g: aceleración de gravedad, cm/s2 v: viscosidad del aire, Poises Como el peso específico del aire es despreciable frente al de las partículas de polvo, reemplazando g por 981 cm/s 2 y v= 1,181x10-4 tendremos: V= 1,2 x 106 x r2 x d (cm/s) Si consideramos una partícula de cuarzo de d= 2,5 gr/cm 3, desde una altura de 2 metros en el aire absolutamente inmóvil, tendremos los siguientes valores de acuerdo al diámetro:

Según la misma fórmula una partícula de cuarzo de 5 micrones, cae en el aire tranquilo con una velocidad de 0,1 cm/s, si la partícula es ultramicroscópica de diámetro menor a 0,1 micrón, al igual que las moléculas del aire no se depositan encontrándose en un movimiento browniano, lógicamente una partícula plana permanecerá mas tiempo que una partícula esférica de igual peso. De acuerdo a como son observadas las partículas se clasifican en: CLASIFICACION Diámetro, micrones Velocidad de caída En aire inmóvil

VISIBLE Mayor a10 Acelerada

NIEBLA

HUMOS

Entre 10 y 0,1 Menor a 0,1 Constante

Inasentable

El polvo ocupa el segundo lugar entre los contaminantes del aire en la minería subterránea, tiene mucho en común con los gases en cuanto al modo de ocurrencia, comportamiento y control:

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











Las partículas, ya sean sólidos o líquidos; tienen características similares al estar suspendidas. Las partículas de polvo de consecuencias patológicas y combustibles están predominantemente bajo los 10 micrones ( 1 micrón = 0,001 mm) Las partículas mayores de 10 micrones no se mantienen en suspensión en corrientes de aire de velocidad moderada. Los polvos industriales y mineros tienen característicamente un tamaño medio de 0,5 a 3 micrones. La actividad química aumenta con el tamaño decreciente de las partículas. Los polvos por debajo de 10micrones que son de importancia en la higiene industrial, casi no tienen peso o inercia y por esto pueden permanecer indefinidamente suspendidos en la atmósfera, no se puede esperar un asentamiento. El control de los polvos bajo 10 micrones que están en suspensión, requiere el control de la corriente de aire donde se encuentran.

3.1.

El polvo como un aerosol Los aerosoles forman parte de los agentes químicos, junto a los gases y vapores, estos pueden ser sólidos o líquidos. Los aerosoles sólidos son los humos y el polvo, el rocío y la niebla forman aerosoles líquidos:

Los aerosoles se clasifican de acuerdo a sus efectos biológicos como sigue: 

Relativamente inertes (mármol, yeso) Incomodidad e irritaciones menores.  Productores de fibrosis pulmonar (cuarzo, asbesto) Nodulaciones y fibrosis en los pulmones  Productores de cáncer (asbestos, cromato, partículas radioactivas) 13

   

Luego de 20 a 30 años de latencia. Irritantes químicos (neblinas ácidas y alcalinas) Irritaciones, inflamaciones, ulceraciones en V.R.S. Envenenamiento Sistemático (Pb, Mn, Cd, As) En diferentes partes del cuerpo Productores de alergia (Polen, isocianatos, cauchos) Picazones, estornudos, asmas Productores de fiebre (Zn, Cu) Escalofríos, fiebre.

3.2.- Polvo Neumoconiógeno El polvo no tóxico contenido en el aire en cantidades no importantes, irrita las vías respiratorias y los ojos, ataca los pulmones y desorgania las funciones del organismo humano en conjunto, provocando la enfermedad conocida como “neumoconiosis”, estas pueden ser:  Silicosis (tisis del minero), por sílice libre  Silico-tuberculosis (complicación TBC por sílice)  Asbestosis por asbesto  Silicatosis por silicatos  Siderosis, por fierro o sus minerales  Antracosis por carbón, incluyendo bituminosos y antracita 3.3.- Silicosis La acción patológica del polvo de roca en los alvéolos pulmonares es bastante compleja y aún no se aclarado completamente, una teoría explica esta enfermedad como producto de disolución de la sílice en los pulmones, formándose ácido silícico (H2SiO3), que actúa químicamente sobre los tejidos de los pulmones. Los pulmones tienen un medio de defensa, contra cuerpos extraños, se trata de los fagocitos, cuya función es envolver los cuerpos extraños y transportarlos por medios linfáticos, estos fagocitos en le caso de la sílice mueren al atraparla, quedando la partícula libre para que otro fagocito corra la misma suerte, se produce un tejido fibroso grueso similar al tejido posterior a las heridas sin los capilares sanguíneos, a este proceso se le llama “fibrosis”. Las formas mas débiles de silicosis no presentan incapacidad al dejar de trabajar en ambientes contaminados, las formas adelantadas progresan aún en ambientes sin contaminación por esta razón se le considera irreversible. Los factores básicos que determinan con su presencia la aparición de silicosis son:  

Concentración de polvo en el ambiente Tamaño, forma y composición de las partículas

14

 

Tiempo de exposición Susceptibilidad individual

 Concentración de polvo en el ambiente: Las operaciones mineras son generadoras de polvo, se denominan “fuente primaria” a las productoras, “fuente secundaria” a las propagadoras, la tabla siguiente indica con signo”+” fuente mayor, signo “-“ fuente menor y “0” fuente sin importancia.

 Tamaño, forma y composición de las partículas Fisiológicamente las partículas pequeñas son las más dañinas ya que su superficie y actividad química es muy superior respecto de su peso. Los polvos cuyo tamaño es de 5 micrones son altamente respirables y retenidos en los pulmones, este es el tamaño mas común en la atmósfera de la mina. Las partículas se comportan de distinta forma dependiendo de sus características geométricas, densidad y medio ambiente. En cuanto a la composición es mas importante la mineralogía que la química, en le caso del polvo silicógeno, este debe contener sílice libre y fresca, la más peligrosa es la tridemita, seguida de la cristobalita y el cuarzo.  Tiempo de exposición En ambientes mineros mas o menos controlados, la enfermedad se desarrollará en períodos que van de 20 a 30 años.  Susceptibilidad individual El cuerpo humano tiene un sistema de defensa y protección de su sistema respiratorio, estos mecanismos de defensa dependen de cada individuo, de su condición física, genética y su adaptabilidad. 3.4.- Ingeniería en el control de polvo

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Las medidas utilizadas en le control de gases son las mismas utilizadas par controlar el polvo:  Prevención: Modificar operaciones o mejorar las prácticas Reducir la formación de polvo  Eliminación Limpiar el polvo para eliminar el polvo asentado Depuración del aire con colectores de polvo  Supresión Infusión de agua o vapor, previo al arranque Apaciguamiento con rociado de agua o espuma Tratamiento de polvo asentado con productos químicos delicuescentes (que absorben humedad del aire)  Aislamiento Tronadura restringida o con personal afuera Encerramiento de operaciones generadoras de polvo Sistema de aireación local  Dilución Dilución local por ventilación auxiliar Dilución por corriente de la ventilación principal Neutralización por polvo inerte para disminuir contenido combustible del polvo asentado 4.- CONCEPTO DE TOXICOLOGIA •

DEFINICIONES •

Toxicidad: Es la capacidad de una sustancia para producir un efecto inadecuado, cuando esta alcanza una concentración suficiente en un cierto lugar del organismo.

•

Sustancias Tóxicas: gases, líquidos o sólidos que por sus propiedades químicas al ser inhalados, absorbidos o introducidos al medio interno y metabolizados, pueden producir daños o lesiones a un organismo vivo, pudiendo provocarle la muerte mediante procesos que no son mecánicos.

•

Riesgo: Es la posibilidad de que una sustancia pueda causar una lesión, cuando una cantidad específica de ésta se emplea bajo ciertas. condiciones . 16

•

FORMAS DE TOXICIDAD Según grado de exposición: Aguda y subaguda Crónica (Acumulación de Dosis Suma de efectos)

Según zona afectada: Local Sistémica •

ALGUNOS PARAMETROS DE TOXICIDAD

Dosis letal 50 “DL 50”: Cantidad de tóxico que causa la muerte al 50% de los individuos por vía distinta de la inhalación. DLO : 0 muerto con máxima concentración DL100: 100% de muertos con menor concentración Concentración letal 50 “CL 50”: 50% muertos vía inhalación Dosis dermal 50 “DD 50” : 50% muertos por absorción de tóxico vía piel. (A la dosis se le debe indicar la especia y la vía para que tenga validez). •

NIVELES MAXIMOS PERMISIBLES. En Chile se conoce: •

LPP: Límite permisible ponderado, el cual está referido a una exposición de 8 horas, con un total de 48 horas semanales.

•

LPA: Límite permisible absoluto, el cual señala que no podrán extenderse en ningún momento. Aquellas sustancias donde no se indica estos LPA éste se calcula multiplicando por 5 el LPP.

Legislación D.S. Nº 594 “Reglamento sobre Condiciones Sanitarias y Ambientales Básicas en los Lugares de Trabajo” Ministerio de Salud. Diario Oficial del 5 de Julio de 2001. D.S. Nº 72 “Reglamento de Seguridad Minera”. Ministerio de Minería, Diario Oficial de 27 de Enero de 1986. Considerando modificaciones. (D.S. Nº 132 de Febrero 7 de 2004). 5.- CLIMA SUBTERRANEO

17

El clima dentro de las minas poco profundas no presenta mayores preocupaciones, sin embargo cuando la profundidad es mayor a 1000 metros el problema debe ser atendido. •

LA TEMPERATURA DEL AIRE DENTRO DE LAS MINAS DEPENDE DE MUCHOS FACTORES: • Temperatura del aire exterior. La temperatura del aire que entra ala mina oscila con el tiempo, influyendo en la temperatura a lo largo de toda la mina, si la temperatura baja de 0º Celsius, es necesario calentar el aire a lo menos a 2º Celsius para evitar el congelamiento del agua en las galerías de ventilación. Calentamiento del aire por la compresión durante el descenso a la mina: La temperatura aumenta en 0,0098 º C por cada metro de profundidad, es decir 1º por cada 100 metros aproximadamente. •

• Temperatura de la roca: El aire se calienta con la temperatura de las rocas, las primeras decenas verticales dependen de la temperatura exterior, de 20 a 40 metros existe una capa neutral (en las latitudes medias), a mayores profundidades la temperatura de las rocas sube, este aumento es conocido como el “grado geotérmico” H-h gº = ---------------t - tm Donde : H : profundidad de la medición en metros h : profundidad de la zona a temperatura constante t : temperatura en la profundidad H, grados tm : temperatura promedio anual de la región GAS

COMO SE GENERA

Monóxido de carbono

Detonación, combustión incompleta, incendios.

Anhídrido Carbónico

Detonaciones, combustión, respiración

EFECTO EN EL ORGANISMO

LPP

LPA

Extremadamente venenoso a 0,2%

40 (46)

458

Sofocante, peligroso sobre 6%

4000 7200)

54000

• Procesos exotérmicos: NitrógenoReacciones En la atmósfera y Sofocamiento por químicas de los minerales - como - oxidaciones que (Soroche) emanaciones de rocas falta de O2 liberan temperatura. Intensidad de la ventilación:

Acción del agua sobre 1,6 LIMITESAnhídrido PERMISIBLES PONDERADOS DEa 0,04% CONTAMINANTES DE MINAS Venenoso 13 Sulfuroso minerales sulfurosos (4)

•

de LPPOxido DE GASES Detonación, combustión Nitrógeno Metano

Producto natural de yacimientos de carbón

Tóxico, ataca tejidos pulmonares

20 (25)

-

Sofocante, explosivo

1%

1%

18

6.- Medición de contaminantes La historia de las mediciones de gases indican el uso de animales como canarios en las minas de carbón, también la observación de la llama de las lámparas de carburo era un indicador de la cantidad de oxígeno presente. Luego vinieron los instrumentos basados en reacciones químicas que mediante colorantes permitían determinar las concentraciones de los contaminantes. Hoy en día las mediciones se realizan con instrumentos electrónicos de alta precisión, que permiten obtener resultados inmediatos y guardarlos en memorias para su análisis posterior en computadores.

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CAPITULO II PROPIEDADES FISICAS DEL AIRE •

PARAMETROS BASICOS:

El aire de minas es una mezcla de gases y vapor de agua, que se acerca mucho al comportamiento de los gases perfectos, en cuanto a sus propiedades físicas. • Densidad: Cantidad de aire contenida en una unidad de volumen. • Peso específico: Peso del aire por unidad de volumen. En ventilación de minas se usa 1,2 kg/m3 que es el peso de 1 m3 a la presión de una atmósfera, con una temperatura de 15º Celsius y una humedad de 60% • Volumen específico: Es el volumen ocupado por un kilogramo de aire a presión y temperaturas dadas. • Presión: La presión de un gas se expresa en atmósferas absolutas o atmósferas técnicas, se entiende por atmósfera absoluta la presión Po = 1,0333 kg/cm 2 de una columna de 760 cm. de Mercurio a 0º Celsius y al nivel del mar.

La presión de una labor minera es:

20

P = P0 + x h/13,6 ; mm. de mercurio Donde: P0 = presión en la superficie; mm. de mercurio 13,6 = peso específico del mercurio kg./lt h = profundidad de la labor, m. Temperatura. La temperatura del aire expresa en las minas, en grados Celcius. A veces se utiliza también la temperatura absoluta. La relación entre ambas es: T = t + 273ºK (grados Kelvin) Donde: T: temperatura en ºC. T: temperatura en ºK Calor específico. Es la cantidad de calor, en calorías, que se necesitan para calentar 1 Kg... de gas de 0 a 1ºC. Para calentar G Kg. de gas de la temperatura t 1 a t2 se necesitan W calorías. W = G C (t 2 – t 1) Viscosidad: Es la resistencia del aire a los esfuerzos tangenciales. En los cálculos de ventilación, se utiliza el coeficiente cinemático de viscosidad. LEYES BASICAS •

LEYES GENERALES • Ley de Boyle y Mariotte

A temperatura constante T = cte. P1 P2

=

V2 V1

=

1 2

Expresado de otra forma : P x V = constante •

Ley de Gay – Lussac

A presión constante P = cte. 21

V1 V2

=

T1 T2

=

2 1

A volumen constante: V = cte. P1 P2

=

T1 = T2

1 2

Con el aumento o la disminución de 1ºC desde 0ºC, el volumen del gas aumenta o disminuye •

Ley de Dalton. La presión de una mezcla de gases y vapor de agua es igual a la suma de las presiones parciales que tendría cada gas por separado estando solo: n P = Pi 1

Si bien es cierto que el aire de las minas se comporta como un gas real, no ocurre lo mismo con su peso específico ya que este varía con presión y la temperatura. HUMEDAD DEL AIRE El aire siempre tiene cierta cantidad de agua formando una mezcla, según la ley de Dalton la presión de la mezcla será: Pt = Pa +Pv ; donde Pa = presión parcial del aire seco; Pv = presión parcial del vapor de agua. • HUMEDAD ABSOLUTA: Es el contenido de vapor de agua, en gramos, en un metro cúbico de aire. Mientras mas elevada sea la temperatura del aire, mayor es la cantidad de vapor de agua que pueda contener, llegando a un punto donde, con esa temperatura, se tenga el máximo de vapor de agua que el aire pueda contener, en ese punto el aire se encuentra saturado, y la presión parcial del vapor de agua es la máxima. •

HUMEDAD RELATIVA: 22

Es la relación del contenido de vapor de agua (gr/m 3) con el máximo posible que pueda contener a una temperatura dada.

MOVIMIENTO LAMINAR Y TURBULENTO El movimiento lento del aire, que se compone de hilos separados que no se mezclan entre sí y se mueven paralelamente, se denomina laminar, si la velocidad aumenta los hilos comienzan a mezclarse entre sí creando un torbellino, esto se conoce como flujo turbulento. El flujo de aire en las minas es generalmente turbulento y raras veces laminar. Re  2000 es flujo Laminar 2000 < Re < 4000 es flujo Intermedio Re  4000 es flujo Turbulento Siendo: Re

=

DxV d

DETERMINACIONES DE ALGUNOS PARAMETROS •

PESO ESPECÍFICO. El peso específico del aire puede ser calculado de la siguiente forma: 

=

0,465 p Kg../m3 273 + t

Donde: p = presión barométrica, mm de Hg; t = temperatura del aire, grados ºC. Más exactamente 

=

0,465p T

=

0,176 T

donde:

23

 = humedad relativa del aire, %; Ps = presión de vapor saturado, mm. de Hg. Medición de la presión al interior de la mina Se utiliza un barómetro aneroide, ya que le barómetro corriente de mercurio y el barómetro de estación o barógrafo es muy sensible. El manómetro ordinario se utiliza en los ventiladores principales. Para mediciones de precisión sobre todo en ventilación natural se utiliza el micro-manómetro. Medición de la velocidad del aire Se utiliza fundamentalmente el anemómetro de paleta, basado en la ecuación de continuidad Q = V x A. La velocidad máxima se encuentra en el centro disminuyendo hacia los bordes. Entre la velocidad media y la velocidad máxima existe la siguiente relación: Vm = d x Vmáx Donde d varía entre 0,75 y 0,80 TEOREMA DE BERNOULLI ht = hs + h + hz Pt = Ps1 + Pc1 + Pe1

Ps1 + 

V 12 + z 1 2xg

=

Ps2 + 

V 22 + z 2 2xg

Donde: Ps1 y Ps2 V1 y V2  g Z1 y Z2

= presiones estáticas en punto 1 y 2; = velocidad del fluido en punto 1 y 2 ; = densidad del aire ; = aceleración de gravedad ; = altura geodésica o elevación a un nivel base, de los puntos 1 y 2.

24

CAPITULO III RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL AIRE •

Ley de Bernoulli

Aplicación real: 1

2

Hs1+Hc1+Hz1 = Hs2+Hc2+Hz2 +H* Donde H* representa la pérdida de carga por roce entre los puntos 1 y 2 H* =Hs1-Hs2 Siempre un fluido se va a mover de un punto donde hay más presión a otro donde hay menos presión. CAIDA DE PRESION Se sabe que los fluidos es mueven de puntos de altas presiones a puntos de menor presión, para crear estas diferencias de presión es necesario agregar energía al sistema, parte de estas energías es consumida por las resistencias al paso del aire propio de las galerías. H* = Hf + Hx Hf: pérdida de carga o caída de presión por roce con las paredes de las galerías. Hx: pérdida de carga por choque producto de cambios de sección de las galerías, obstrucciones bifurcaciones, otros. Hf= &x L x P x V2 A Donde: & Coeficiente de resistencia aerodinámico (Kg. x seg2) / m4,

25

f (coeficiente. roce, peso específico, aceleración de gravedad) depende del número de Reynolds (Re) . En una mina activa el flujo es turbulento lo que implica un alto número de Reynolds y se considera como constante. L : Largo de la labor en metros P : Perímetro de labor en metros V : Velocidad del aire en m/seg Se tiene además que V= Q/A V: Velocidad del aire en m/seg A: Sección de la galería en m2 Q: Caudal en m3/seg Reemplazando en fórmula anterior: Hf = (& x L x P x Q2)/ A3

(mm de columna de agua o Kg./m2)

El coeficiente de resistencia aerodinámica, varía de acuerdo al Nº de Reynolds, como el movimiento del aire al interior de las minas es turbulento es decir tien un Nº de Reynolds alto, podemos considerar a este coeficiente constante. COEFICIENTE DE RESISTENCIA AERODINAMICA

TIPO DE GALERIA

SUPERFICIE SUAVE (Forrada)

ROCASEDIMEN TARIA (carbón)

GALERIA ENMADERADA (marcos a 1,5m)

ROCA IGNEA

IRREGULARIDADES DE LAS SUPERFICIES, AREAS Y ALINEACIÓN.

RECTAS

SINUOSA O CURVADA

Valores básicos

LEVE

MODERADA

EN ALTO GRADO

LIM

PEQ

MOD

LIM

PEQ

MOD

LIM

PEQ

MOD

LIM

PEQ

MOD

MINIMO

19

29

48

38

48

67

48

57

76

67

76

95

Promedio

29

38

57

48

57

76

57

67

86

76

86

105

MÁXIMO

38

48

67

57

67

86

67

76

95

86

85

114

MINIMO

57

67

86

76

86

105

86

95

114

105

114

133

Promedio

105

114

133

124

133

152

133

143

162

152

162

181

MAXIMO

133

143

132

152

162

190

162

181

190

190

190

209

MINIMO

152

162

190

171

190

200

190

190

209

200

209

228

Promedio

181

190

209

200

209

220

209

219

238

220

238

257

MAXIMO

200

209

220

219

220

247

220

238

257

247

257

276

MINIMO

171

181

200

190

200

219

200

209

228

219

228

247

Promedio

276

285

304

295

304

314

304

314

333

323

333

371

MÁXIMO

371

380

399

390

399

418

399

409

428

418

428

447

Resistencias Locales Pérdidas de carga por choque Son perdidas locales por choques, turbulencias, remolinos, frenadas del aire al enfrentar diversos accidentes dentro de un circuito de ventilación.

26

Hx = (O x V2 x Pe)/ 2g Donde: O : Coef. Resistencia local Pe : Peso específico del aire Para establecer una relación entre las pérdidas de carga se iguala Hf = Hx Obteniéndose un largo equivalente para la pérdida de carga por choque, es decir se simula la pérdida de carga por choque a una pérdida de carga por largo de galería. Le =

O x Pe x A 2P x & x g

De esta forma H* = (& x ( Lf + Le) x P x Q2) / A3 H* = R x Q2 Donde, R = (& x (Lf + Le) x P) / A3

27

LARGOS EQUIVALENTES TIPO DE PERDIDAS POR CHOQUES Angulo obtuso y redondeado Angulo recto y redondeado Angulo agudo y redondeado Angulo obtuso y quebrado Angulo recto y quebrado Angulo agudo y quebrado Contracción gradual Contracción abrupta Expansión gradual Expansión abrupta Derivación en 90o Unión en 90o Entrada de aire Salida de aire Paso sobre nivel excelente Paso sobre nivel bueno Paso sobre nivel malo Puerta contra incendio Carro obstruyendo 20% del área Carro obstruyendo 40% del área

SECCION DE GALERIAS 2x2

2,5x2,5

3x3

3,5x3,5 4,5x4,5

0,2 0,3 0,6 2,5 15. 26. 0,3 1,8 0,3 3,4 5,2 34,5 10,4 5,2 0,3 11,3 0,3 11,3 50. 12,2 17.

0,2 0,3 0,6 3,4 16,2 34,5 0,3 2,5 0,3 4,6 7. 45,7 13,7 7. 0,5 15. 0,3 11,3 66,3 16,2 22,9

0,2 0,3 0,9 4,3 20,1 43. 0,3 3. 0,3 5,8 8,9 57,3 17,1 8,9 0,6 18,6 0,3 15. 83,2 20,1 28,7

0,3 0,6 0,9 5,2 24,4 51,8 0,6 3,7 0,6 7. 10,7 68,6 20,8 10,7 0,9 22,6 0,6 18,6 100. 24,4 34,5

0,3 0,6 1,2 6,4 30,5 64,6 0,6 4,6 0,6 8,5 13,1 86. 26. 13,1 1,2 28. 0,6 26. 125. 30,5 43.

85,6

114,3

143.

171,6

214,9

H = R x Q2 Donde R representa la resistencia de las labores mineras al paso del aire. Si el caudal de aire está dado en m 3/seg y la pérdida de presión en mm de columna de agua, se define a a unidad de resistencia igual a 1 kilomurge= 1000 murge como la resistencia que opone al paso del aire una labor por la cual 1 m3/seg de aire circula con una depresión igual a 1 mm de columna de agua.

28

REPRESENTACION GRAFICA DE H = R x Q2

H R1 R2 R1>R2 Q

29

CAPITULO IV CIRCUITOS DE VENTILACION CIRCUITO EN SERIE

•

Q= Q1 = Q2 = Q3 =Q4 =

= Qn

R = R1 + R2 + R3 + R4 + + Rn H = H1 + H2 + H3 + H4 + +Hn

a

b

c

d

e

f

l

k i

h j

g

Se asume que el aire ingresa por “a” y sale por “l”. Los puntos “c”, “j” y “k” son obstrucciones, por lo tanto el aire ingresa por “a” continua por “b” baja por “i” se devuelve por “d” , baja por “e” y continua por “f” luego “g”, “h” y sale por “l”.

CIRCUITO EN PARALELO Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 +

+ Qn

H = H1 = H2 = H3 = H4 =

=Hn

1/√R = 1/√R1 + 1/√R2 + 1/√R3 +....+1/√Rn

30

Unión Paralela Abierta

Unión Paralela Cerrada El aire tiene bifurcaciones y en el caso “1” salen dos caudales y en le caso “2” se divide en tres caudales y luego se juntan en uno solo. UNIÓN DIAGONAL Circuito paralelo en que además los ramales se encuentran unidos entre sí

Unión en Diagonal Simple

Unión en Diagonal Compleja ANALISIS DE MOVIMIENTO DEL AIRE Si no pasa por BC: Entonces Q1 = Q5 y Q4 = Q3 H1 = H4 y H5 = H3 Dividiendo estas últimas expresiones u1 / u 5= u4 / u3 Si el aire va de B a C , entonces

31

u1 / u 5> u4 / u3 Si el aire va de C a B , entonces u1 / u 5< u4 / u3

a

b

c

d

e

f

i

k j

l h g

Cálculo para la distribución del aire en una diagonal simple: Q5=Q1 + Q2 Q4=Q2 + Q3 Hac =Hab + Hbc R1 * Q12 = R4 x (Q2 + Q3)2 + R2Q22 De igual modo son iguales las depresiones de las corrientes BCD y BD ; o R3 x Q3 =R5 x (Q1 +Q2)2 + R2 x Q22 Dividiendo ambas ecuaciones por Q2 Si llamamos X= Q1/Q2

e

Y =Q3/Q2

De acuerdo al diagrama Q= Q1 + Q2 + Q3 Dividiendo por Q2 Q/Q2 = X + Y +1 Q2 =

Q____ X+Y+1

32

METODO DE IGUALACION DE DEPRESIONES Si el caudal que circula es igual a Q y el aire circula por el brazo 5 de c a D: R1 x Q12 = R4 x Q42 + R5 x Q52

circuito en paralelo

R3 x Q32 = R5 x Q52 + R2 x Q22 Q = Q1 +Q4 = Q2 + Q3 Q5 = Q2 – Q1 = Q4 –Q3 El cálculo consiste en dar valores aproximados a caudales de dos ramas separadas. Las ecuaciones de caídas de presión no se cumplirán; para resolver consideramos los contornos ACDA: H1 = H4 + H5 ó 2H1’ = H1 + H4 + H5 Si repetimos lo mismo para el contorno CDBC: 2H3’ = H3 +H5 +H2 Podemos obtener nuevos valores para Q1 y Q2 Q1’ = √(H1’/R1)

íd. Para Q3

Con los nuevos valores de Q1’ y Q3’ se vuelve a calcular hasta que la variación de los caudales sea del orden de la centésima.

33

METODO DE TRANSFORMACION-TRIANGULO EN ESTRELLA

B R1

R2,1 R1,3

A

0

R2 R2,3

C

R3 Para el cálculo de R31 + R12 , la resistencia R1 se encuentra en paralelo con las resistencias R2 y R3 las que a su vez se encuentran en serie entre sí. Lo mismo para R23 + R12 y para R31 +R23. Si designamos . RT = R1 + R2 + R3 1 R1,2 = x  2

R1 x (RT - R1) _____________________ + RT + 2 xR1 x (RT - R1) R2 x RT - R2 _________________________ RT + 2 xR2 x (RT - R2)

R3 x RT - R3 _______________________________ RT + 2 xR3 x (RT - R3)



De idénticamente por simetría obtenemos las ecuaciones de R23 y R31

34

Como se encuentran en paralelo y si llamamos brazo 1 y brazo 2 se tiene . Q1 = QT / (1 + √(R1 / R2))

CIRCUITOS COMPLEJOS Son aquellos donde no es factible determinar si están en serie, paralelo o diagonal. En estos casos se utilizan métodos de cálculo más complejos 

Métodos analógicos:consiste en simular la red de ventilación con circuitos eléctricos en los cuales las resistencias de las ampolletas a bajo voltaje representan las resistencias de las galerías.



Método de aproximaciones sucesivas : Algoritmo de Hardy Cross Se basa en la distribución del aire en una red de ventilación, caracterizado por las ecuaciones : H = R x Q2 SUM Q = 0 SUM H = 0 Para aplicar este sistema se define: b = Número de derivaciones, ramas brazos o galerías que comienzan y terminan en nudos o nodos. n = Nudos o nodos definidos por la unión de tres o más brazos m = Circuito cerrado de brazos, llamados mallas. Red: conjunto de mallas que definen un circuito. El sistema de ecuaciones consta de 2b incógnitas (H y Q por derivación). Existen b ecuaciones de características aerodinámicas : H = R Q2 n-1 ecuaciones de nodos , el n depende de los anteriores. Las b-(n-1) ecuaciones restantes corresponden a la ley de circulación: SUM H =0 El procedimiento consiste en una repartición arbitraria de los caudales definidos con cierto criterio. Esta elección nos llevará a SUM H = r distinto de cero.

35

Se define entonces dQ = - r/ 2 SUM(RxQ) Este valor se deberá incrementar o disminuir según su signo a los Q iniciales , se deberá iterar hasta que SUM H sea menor que el valor de precisión solicitado. 

Método de H caminos

Consiste en utilizar reguladores de flujo o en su defecto modificar la construcción de las galerías para igualar las caídas de presión.

36

CAPITULO V VENTILADORES DE MINAS Un ventilador es una máquina que expulsa aire en forma continua. Partes importantes de un ventilador: Impulsor (hélice): parte rotatoria que imparte movimiento al aire Carcaza: parte estacionaria que guía el aire desde y hacia el impulsor. Existen dos tipos de ventiladores :  

Radiales o centrífugos Axiales

Los ventiladores pueden ser usados como: • • •

Ventilador Principal o de superficie Ventilador reforzador en el interior dela mina subterránea Ventilador auxiliar se utiliza para ventilar galerías ciegas y requieren ductos. VENTILADORES AXIALES

37

VENTILADOR CENTRÍFUGO

38

FORMULAS FUNDAMENTALES Q = caudal de aire en m3/seg H = depresiones del circuito en mm de c.a. (Kg./m2) (presión estática) P = potencia del motor en Hp η = eficiencia del ventilador varía entre 70 y 80% AHP potencia necesaria para mover el caudal Q en un circuito con depresión H en Hp BHP potencia al freno del Ventilador en Hp DE eficiencia de la transmisión 90% en correas y poleas a 100% transmisión directa. ME eficiencia del motor, varía entre 85 y 95% AHP

P =

=

QxH 75

BHP =

QxH 75 x η

____Q x H_______ 75 x η xDE x ME

LEYES DEL VENTILADOR Q N H P

caudal de aire movido por el ventilador velocidad de rotación del ventilador presión capaz de entregar el ventilador potencia necesaria para mover el ventilador Q1 / Q2 = N1 / N2 H1 / H2 = N12 / N22 P1 / P2 = N13 / N23

39

VENTILADORES-CURVAS CARACTERISTICAS VENTILADOR CENTRIFUGO

H H = a - bQ Nº finito d e álabes choque

rozam

iento

choque

Q

40

VENTILADOR AXIAL

H

Q Un ventilador se puede representar matemáticamente como: H = aQn + bQn-1 + cQn-2 +.......+ (n+1) Esta fórmula se aproxima a: H = aQ2 +bQ +c

41

CURVAS CARACTERISTICAS CIRCUITO DE VENTILACION

H

V

R

HR

QR

Q

El ventilador “V” al ponerse en funcionamiento en el circuito representado por “R” entregará un caudal “QR” con una presión igual a “HR”

42

CAPITULO VI CALCULO DEL CAUDAL DE AIRE 1.-Por desprendimiento de gases Q= 0.23 x q (m3/seg) (norma chilena) En que q= volumen de gas que se desprende en la mina durante las 24 horas 2.- Por personal que trabaja Q = 3xN (m3/min) (norma chilena) 3.-Por temperatura. Temperatura ideal para el cuerpo humano entre 21 Cºy 25 Cº A temperaturas superiores a 38 Cº en termómetro seco y superiores a 32 Cº en termómetro húmedo no es posible trabajar. La ley chilena establece que en una jornada de 8 horas la temperatura no podrá exceder a 30 Cº

4.- Según el polvo en suspensión Reglamento de seguridad minera permitida es de 150 m/min

establece que la velocidad máxima

5.- Según la producción Q = u x T ( m3/min) u : norma de aire por tonelada de producción diaria (m3/min) T : producción diaria en toneladas Variaciones de u Minas carbón de 1 a 1.7 (m3/min) Minas metálicas (poco consuma de madera) de 0.6 a 1 (m3/min) Minas metálicas (alto consumo de madera) hasta 1.25 (m3/min)

43

6.-Según consumo de explosivo Q = 16.67 E (m3/min) Donde E cantidad de explosivos a detonar en Kgs. 7.- Según equipo Diesel Reglamento de seguridad minera : Q = 2.83 x Hp (m3/min)

44

CAPITULO VII REGULACION DE CIRCUITOS Para disminuir la resistencia de una galería, es decir reducir la pérdida de carga (H) se puede 

Concretar la galería en su totalidad o parte de ella, dependiente de la cantidad de pérdida que se quiera reducir. Aumentar la sección de la galería o de una parte de ella. Construir una galería de ventilación en paralelo.

   Para regular los caudales se utilizan reguladores

CALCULO DE UN REGULADOR Los reguladores aumentan las pérdidas de carga ya que se trata de construcciones tipo compuerta. Los orificios provocan una contracción y expansión abrupta del aire lo que provoca una pérdida por choque.  = ( 1/Cc- N)2 / N2  = Coeficiente de pérdida por choque N = Cuociente entre el área del orificio Ar y el área de la galería Cc = coeficiente de contracción Hx = es la cantidad de regulación a ser disipada a través del regulador Hx =  x Hv HV = (d x V2) / 2g

45

CAPITULO VIII

VENTILACION NATURAL La ventilación natural es de gran importancia en minas profundas.

Cálculo de ventilación natural Hn = L(D1- D2) = p1 –p2 L: profundidad del pozo D1 y D2: pesos específicos medios en los pozos de aire entrante y saliente kg/m3 p1 y p2: presiones de las corrientes de aire entrante y saliente a la profundidad L en mm de c. a. Peso específico del aire: D = 0.465 p/T kg/m3 Donde : P : presión en mm de Hg T : temperatura absoluta en ºK Las presiones se determinan por las fórmulas siguientes: Log p1 = Log p0 + 0.015 L/T1 Log p2 = Log p0 + 0.015 L/T2 Donde T1 y T2, son las temperaturas medias absolutas del aire entrante y saliente. También se utiliza la fórmula: Hn = 13.6 x P0 x L ( 1/T1 – 1/T2) 46

R R: constante de gases , igual 29.27 en el aire Cuando L> 100 se debe corregir Hn multiplicando por el factor ( 1 +L/10.000) MEDICIONES DE LA DEPRESION NATURAL Hn = p1 –p2 +(R1 +R2 )xQ2 (+/-) Lx (D1 +D2 ) / 2 mm.c.a. D:

Peso específico

CAPITULO IX 47

VENTILACION AUXILIAR Sistemas que utilizan ventiladores y ductos para ingresar aire a áreas restringidas de una mina subterránea.

Norbert Nota: Aquì va el mismo dibujo de la presentación de ventilación auxiliar el de ductos aspirante, impelente Y combinaciones Aplicaciones: •

Sistema impelente: galerías horizontales de poca longitud ( 400 mts. y 4x3 mts de área).

•

Sistema aspirante galerías de mayor sección y mayor longitud, desarrollos desde la superficie.

•

Sistema aspirante combinado con impelente se utiliza en la construcción de piques verticales.

Ductos más utilizados y sus ventajas comparativas.

CAPITULO X CONSIDERACIONES DE COSTOS DE VENTILACION Como todo proyecto, en le caso de un sistema de ventilación de minas debe considerar los costos:  Costo de Inversión, de capital o fijos: incluyen lógicamente los intereses a pagar por el capital (amortización) como impuestos y seguros comprometidos.  Costo de Operación, considera el costo de energía consumida por los ventiladores, su mantención como la de las galerías de ventilación. Tipos de galerías: La potencia consumida es directamente proporcional al cubo del caudal, por lo tanto el cálculo del caudal debe ser preciso. Dimensiones: La variable mas simple que afecta a la pérdida de carga es el tamaño de la galería. 48

Tipo de superficie :La irregularidad o aspereza de la superficie rozante de una galería, reflejada en el factor de fricción puede afectar la pérdida de carga en el rango de 1 a 10.. CARACTERISTICAS DE GALERIAS

AREA RELATIVA

Revestimiento suave

1.00

Roca sedimentaria

1.55

Enmaderada

1.90

Roca ígenea, desnuda

2.24

Forma: El efecto de la forma de la galería se refleja en el radio hidráulico, el perímetro de mínima superficie rozante es el círculo. Longitud : La longitud de una galería es frecuentemente un valor fijo de proyecto. Pérdidas por choque: Se debe revisar las pérdidas por cambio de dirección o cambio de sección en la etapa de proyecto. DISEÑO ECONOMICO DE GALERIAS •

Velocidades económicas : rangos aproximados, para servir de guías en un diseño preliminar.

VALORES TIPICOS • • • •

Eficiencia ventilador Costo Energía Costo desarrollo Caudal aire

 Ce Cd Q

60% US$ 100/ Hp año US$ 10 / m3 47,2 m3/seg

49

CALCULO DE UNA GALERIA ECONOMICA CT = CC +CO CC = Lf x A x cd x c Lf : A : Cd: C:

Largo físico de la galería en metros Area de la galería m2 Costo de desarrollo US$/m3 Servicio del capital c

i : n : cm:

=

i x ( i+1 )n + cm ( i+1)n -1

Interés anual en % Número de años de servicio de la deuda Costo de mantención COSTO DE OPERACION Co = Pot. X ce

Pot: Potencia en watt Co = ( &x L x P x Q) / (A3 x ) Para obtener el diámetro económico se asume una galería circular y reemplazando perímetro y área en función del diámetro. Derivando la expresión de costo total con respecto al diámetro e igualando a cero obtenemos una expresión del diámetro económico. Ф

=

(21,22 x & x Q3x Ce) (Cd x C x )

1/7

50

BIBLIOGRAFIA VENTILACION DE MINAS Exequiel Yanes Garín MANUAL DE VENTILACIÓN DE MINAS Vicente Luque Caval MINE VENTILATION AND AIR CONDITIONING Howard L. Hartman R.V. Ramani Jan M. Mutmansky Y.J. Wang

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