VENTILACION DE MINAS

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INTRODUCCIÓN El propósito de este curso es adquirir conocimientos básicos de “Ventilación de Minas subterráneas” para poder aplicarlos en las diferentes problemas que se presentan en cada

mina que les toque laborar. Actualmente la ventilación de una mina como el control ambiental, es cada día más complejo debido a las condiciones ambientales desfavorables que ocurre en cada momento; debido principalmente al consumo de explosivos, al uso de equipos diesel, a la presencia de material particulado (polvo) debido al manipuleo del material roto (mineral y desmonte; a la diversidad de labores (galerías, piques, chimeneas, cruceros, tajeos, etc.); a la profundidad de las minas; a la cantidad de personal que labora en cada una de ellas, etc. Proveer a estas minas de aire fresco y de buena calidad, libre de contaminantes que circule por los ductos hasta llegar a los lugares donde el personal trabaja; es cada vez más difícil y costoso por cuanto, se tiene que utilizar ventiladores (principales, secundarios y auxiliares, etc.) para impulsar grandes flujos de aire y vencer altas resistencias que presentan los diferentes ductos o conductos por donde circula el aire. La ventilación natural por si sola no es capaz satisfacer las necesidades requeridas de aire, ayuda en ciertos momentos siempre y cuando se le utilice adecuadamente en las corrientes de aire; por esta razón el uso de ventiladores en las minas es fundamental y necesarios para crear altas y bajas presiones, las que nos permitirán mover los flujos de aire de acuerdo a las necesidades requeridas. El uso de fórmulas matemáticas en el cálculo de los diferentes parámetros de ventilación, complementado con la utilización de instrumentos de medición de los diferentes contaminantes físicos y químicos presentes en cada mina subterránea, son elementos importantes que cada uno de los alumnos debe conocer

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HIGIENE OCUPACIONAL MINERA

1.1. El AIRE ATMOSFÉRICO -

Por qué debemos conocer el aire atmosférico.

-

Características del aire atmosférico.

-

El aire en la altura.

-

La respiración humana y la cantidad de aire para mantener el O2 y Co2 dentro de límites permisibles

-

La densidad del aire, densidad relativa del aire, volumen especifico del aire y relación del volumen del aire con la temperatura.

-

El oxígeno, características, detección del oxígeno, deficiencia de oxígeno, origen de la deficiencia de oxígeno.

1.2.. COMPOSICION DEL AIRE 1.2.1. EL NITROGENO El nitrógeno es un gas inerte, incoloro, inodoro, é insípido. No es venenoso y no sostiene la vida ni la combustión. Su gravedad específica es 0.971, por lo cual es más ligero que el aire. Cuando se encuentra mezclado con un poco de oxígeno o sólo, produce sofocamiento sobre el organismo humano. Se encuentra por desprendimientos de los estratos de roca en algunas minas y también por el consumo del oxígeno del aire por alguna forma de combustión, especialmente la combustión de explosivos. Cuando los gases irrespirables, más ligeros que el aire; se acumulan en chimeneas ó lugares altos de trabajo, están formados generalmente por nitrógeno. Cuando se mezcla con oxígeno en una proporción aproximada de 79 a 21 como en el aire ordinario, su acción es diluir el oxígeno. El nitrógeno puro apaga la llama de lámparas, de combustibles diversos, velas o fósforos inmediatamente. Este gas causa la muerte por sofocación, cuando el porcentaje de nitrógeno sube o cuando el porcentaje de oxígeno baja, lo cual en realidad es lo mismo y se encuentra dentro del aire que inhalamos dentro o fuera de mina, y no nos ocasiona nada si esta dentro de su Limite permisible.

1.2.2. EL OXIGENO CARACTERÍSTICAS FÍSICAS. Es un gas en su estado normal. Es la fuente de la vida y la fuente de la combustión. Es incoloro, inodoro, e insípido, es un elemento del aire, que el hombre inhala para subsistir. El aire al ingresar a los pulmones deja el oxigeno que es absorbido por los glóbulos rojos al VENTILACIÓN DE MINAS – UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

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entramado pulmonar, de los cuales se lleva esté combustible a las diferentes partes del cuerpo mediante la sangre, reaccionando con las sustancias grasas produciéndose la combustión y el calor en forma de energía que mantiene la temperatura del cuerpo y con ello la vida misma y como consecuencia de esta combustión se genera el anhídrido carbónico que es eliminado del circuito por la exhalación.

DETECCIÓN DEL OXIGENO. Este gas se detecta mediante instrumentos electrónicos y mediante detectores múltiples que detectan 02, C02, C0 y metano a un mismo tiempo, indicando; mediante alarmas de primero, segundo y tercer sonido que las concentraciones han aumentado, observándose que el C02 va incrementándose y el 02 va bajando, más aún si hay monóxido de carbono, que también es detectado por el aparato detector. Otro método para detectar el oxigeno es a través de la lámpara de seguridad la cual se apaga cuando el contenido de oxigeno baja por debajo del 16% que indica que hay deficiencia de oxigeno. Otro método es la llama de la luz de un fósforo, la cual también se apaga cuando el oxigeno está por debajo del 16% y esta llama se reduce a un mínimo tamaño de color totalmente azul, pero el fósforo tiene la desventaja que de uno tiene que estar seguro, de que no haya un gas explosivo, como el metano y el hidrogeno.

DEFICIENCIA DE OXIGENO Hay deficiencia de oxigeno cuando el oxigeno baja de 20.99% que tiene el aire a nivel del mar y se va reduciendo a 19.5% y cuando baja del 19.5% que es su limite mínimo permitido se puede seguir viviendo por debajo hasta el 18.5%, pero viene los efectos en el cuerpo humano, como dolor de cabeza, desgano, sueño, Agitación frecuente o zumbidos a los oídos, nunca se debe estar por debajo del 16% donde ocurre el desvanecimiento, y cuando el oxigeno baja a 13% y la exposición es prolongada viene la perdida total de conocimiento. En cualquier caso de deficiencia del oxigeno en mina, el tratamiento es sacarlos al aire limpio, proveerle oxigeno, abrigarlo y hacerle respiración boca a boca o bajarlo a una altitud inferior. ORIGEN DE LA DEFICIENCIA DE OXIGENO EN LA MINA.

Esta es: Por descomposición de la madera por hongos y humedad, que consumen oxigeno. Por que hay una llama que consume el 02, como soldar tuberías de plásticos dentro de la mina ó incendios. Por Oxidación del mineral como el caso de las piritas que lentamente quita el oxigeno del aire. Por la emanación de gases de estratos geológicos que desplazan el 02 Por la explosión de las voladuras en los frente, que libera C0 2 y aísla el 02.

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Por el consumo de 02, debido a la respiración de los hombres que hay en mina y que evacuan C02. Como el caso cuando hay mayor cantidad de hombres que la cantidad de aire asignada para ellos.

EFECTOS EN LA SALUD POR FALTA DE OXIGENO Un hombre trabaja mejor con 21 % de oxigeno 17 % los efectos son dolor de cabeza 16 % la respiración es agitada, aceleración de los latidos del corazón, Zumbidos en los oídos y desvanecimiento. 12 % se produce desvanecimiento, perdida del conocimiento. 9 % Se produce desvanecimiento, hayinconsciencia. 7 % La vida peligra, 5 % Convulsiones momentáneas,muerte. LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE LOS GASES QUE MAS FRECUENTEMENTE SE ENCUENTRAN EN LAS MINAS PERUANAS Los límites máximos permisibles de los gases con las concentraciones límites por ocho horas de trabajo más alla del cual el gas ocasiona daño al trabajador. Estos límites que indicamos son los que están en uso y está de acuerdo al TLVs and Bels For Chemical substances and physical agents de 1998.DS 046 RSHM JULIO 2001

Limites Permisibles Gas O2 C0 N02 C02 S02 H2S NH4 Aldehídos

En ppm

%

19.5% 25 ppm.mínimo.0.0025% 5 ppm. 0.0005% 5,000 ppm. 0.5% 5 ppm. 0.0005% 10 ppm. 0.001% 5,000 ppm. 0.5% 5 ppm. 0.0005%

LOS CONTAMINANTES EN MINA Los contaminantes mas frecuentes en las minas peruanas son: Contaminantes químicos: gases, vapores, polvos humos, neblinas. Contaminantes físicos: ruido, temperaturas extremas, presión barométrica, vibraciones, humedad extrema, iluminación y radiación. Contaminantes biológicos: mohos, hongos, bacterias, parásitos gastrointestinales, etc.

1.3 LOS GASES DE MINA Origen de los gases Los diferentes gases que encontramos dentro de la mina, se genera por las siguientes causas:

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Gases acumulados en los estratos de las rocas. La acumulación de gases en los estratos rocosos, se presenta generalmente cuando al correr una galería o explotar un tajeo se atraviesa zonas falladas, en muchos casos con presencia de agua, en otros casos rocas fracturadas donde a través de ellas emanan gases que se forman debido a las reacciones químicas que se producen por la presencia de minerales sulfurosos que reaccionan con el oxigeno, a presiones y temperaturas favorables, en otros casos puede ocurrir que cuando se formo el yacimiento de mineral, algunos gases quedaron atrapados y que con el fracturamiento de las rocas ocasionada por los disparos estos gases emanan a través de las fracturas. Ejemplo: CO, CO2, SO2, metano, N2 y H2S Gases que se genera por la descomposición del material orgánico (madera). La mayoría de las minas metálicas usan madera de diferente tipo para sostenimiento. En lugares donde la temperatura es elevada, la madera tiende a albergar una serie de hongos, los cuales son los causantes del consumo de oxigeno, asimismo en lugares donde hay demasiada humedad relativa la madera tiende a descomponerse liberando anhídrido carbónico. Gases que se generan por el uso de explosivos y agentes de voladura. El consumo de explosivos y agentes de voladura son también los causantes en generar gases, especialmente en el momento de la detonación, la cantidad de gases liberados, esta en función a la composición, tipo y cantidad de explosivo que se use. Los gases más conocidos que se forman son los siguientes: NO2, NO3, CO, H2S, SO2, etc. Gases que se generan por el uso de equipos Diesel. El uso de equipos que son accionados por Diesel es otro de los causantes de la generación de gases y humos los cuales contaminan el ambiente. Hay un gran numero de minas que usan equipos diesel en el interior de la mina y mucho de estos equipos no utilizan catalizadores o filtros los cuales son los causantes de la generación de gases como son: CO, NO2, CO2

Gases más frecuentes en minas peruanas Esta referido a los diferentes gases que se producen en la mina, en forma natural o los que se producen debido al uso de explosivos, equipos diesel, uso de material orgánico, soldaduras, etc. Los gases que encontramos con mayor frecuencia en las minas peruanas son: MONOXIDO DE CARBONO (CO) ANHÍDRIDO CARBONICO (CO2) ANHÍDRIDO SULFUROSO (SO2) ÁCIDO SULFHIDRICO ( H2S) VAPORES NITROSOS (NO + NO2) METANO NH4 MONOXIDO DE CARBONO (CO) Formula

: CO

Gravedad específica

: 0.967

Limite de Exposición Permisible

: 25 partes por millón (ppm) o 0.0025 %

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Propiedades físicas.- Es un gas incoloro, inodoro e insípido, extremadamente venenoso y es el causante del 90 % de accidentes fatales de la mina. Pesa aproximadamente igual que el aire por lo que es difícil diferenciarlo. Efectos en la salud Disminuye la capacidad que tiene la sangre para transportar el oxigeno a los tejidos. El monóxido de carbono tiene una gran afinidad por la sangre, normalmente la sangre en personas no expuestas al CO contiene aproximadamente 1 % de CO como resultado del metabolismo normal de la hemoglobina. % de saturación de COH en la sangre 0 a 10 15 a 25 60 a mas

Síntomas Nada Dolores de cabeza palpitaciones en la sien, nauseas. Fatal.

La inhalación produce dolor de cabeza, nauseas, mareos, debilidad, agitación, y muerte de acuerdo a la siguiente escala. De 0.0025% ( 25 ppm) De 0.020 % (200 ppm) De 0.040 % (400 ppm) De 0.120 % (1200 ppm)

De 0.20 % (2000 ppm)

inconsciencia

Limite Máximo Permisible Produce ligero dolor de cabeza en muchas horas. Produce dolor de cabeza, e incomodidad en 2 1/2 horas Produce palpitaciones aceleradas del corazón en 30 minutos con tendencia a tambalearse en 1 ½ horas. Produce inconsciencia en 3 minutos y muerte.

Altas concentraciones pueden ser fatales y sin producir sintamos de advertencia significativos. La exposición a este gas puede agravar enfermedades al corazón arterias como también provocar dolores de pecho en las personas que padecen de enfermedades cardiacas pre existentes.

Detección de CO 1. Antiguamente se detectaba la presencia de CO con canarios y ratones. 2. Actualmente se dispone de monitores digitales (Monitor Scientific, Modelo CO 260, aprobado por MSHA de USA). 3. Con el detector ENA tas Draguer, que usa tubos detectores.

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ANHÍDRIDO CARBONICO (CO2)DIOXIDO DE CARBONO,GAS DE AGUA Formula:

CO2

Gravedad específica:

1.529

Limite máximo permisible:

5000 ppm o 0.5 %

Es mas pesado que el aire, incoloro, inodoro, tiene un ligero sabor a ácido, no es combustible ni mantiene la combustión. En las minas es producido por la respiración de los hombres, cualquier tipo de combustión (soldaduras, etc.), por el uso de los explosivos. En forma natural lo encontramos en los estratos de rocas.

Efectos en la salud 1. La presencia de anhídrido carbónico en exceso reduce la cantidad de oxigeno en el aire. 2. En ausencia de aire el anhídrido carbónico puede causar el siguiente efecto en el organismo: de 0.5 3.0

% %

Limite Máximo Permisible no produce malestar. Causa ligera dificultad en la respiración.

5.0 a 6.0 %

Causa palpitaciones.

6.0 a mas

Es peligroso

15

Fatal en la mayoría de los casos.

%

Tratamiento de los Pacientes 1. El paciente debe ser sacado al aire fresco lo mas pronto posible. 2. Mantener al paciente abrigado todo el tiempo. Si el paciente no respira su respiración es intermitente, dar respiración artificial.

Detección del anhídrido carbónico 1. Como el anhídrido carbónico no mantiene la combustión, y por tanto extinguirá sus llamas, entonces en forma práctica se puede detectar a través de un llama de un fósforo o de una vela. Como es mas pesado que el aire, se le encuentra generalmente en el piso de las galerías. 2. Mediante el indicador Fyrite de anhídrido carbónico. 3. Mediante el detector Drager 4.Mediante instrumentos digitales.

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ANHÍDRIDO SULFUROSO (SO2) Formula:

SO2

Gravedad específica:

2.21

Limite Máximo Permisible:

5 ppm o 0.0005 %

Es incoloro, pero sofocante e irritante con fuerte olor sulfuroso. En las minas lo encontramos en labores donde hay abundante sulfuro de fierro o pirita en el mineral y en lugares donde hay altas temperaturas. Se forma a veces por la combustión del azufre en el carbón o en los minerales en altas temperaturas. Durante incendios o explosiones en la mina. Se produce también por el uso de explosivos en el disparo de ciertos minerales que contienen un alto porcentaje de sulfuros. También debido a la explosión de los explosivos.

Efectos en la salud 1. No es combustible ni mantiene la combustión, pequeñas cantidades de SO 2 en el aire, puede causar la muerte. 2. Su acción tóxica en el organismo es similar al monóxido de carbono de acuerdo a la siguiente escala: 0.001 %

Causa irritación de la nariz y la garganta.

0.04 %

Causa congestión en el pecho, inflamación de la nariz y la garganta.

0.1

Causa la muerte en pocos minutos.

%

Tratamiento de los pacientes 1. El paciente que ha sufrido asfixia por Anhídrido Sulfuroso, mantenerlo abrigado todo el tiempo. 2. Trasladarlo a un lugar donde haya aire fresco. 3. Solicitar ayuda de un medico lo mas pronto posible.

Detección del Anhídrido Sulfuroso 1. El método mas practico de detectar este tipo de gas es por el olfato, es un gas irritante con fuerte olor repugnante a la garganta, también irrita a los ojos y a los pasajes respiratorios, es intolerable respirar antes de alcanzar concentraciones peligrosas. 2. A través de monitores digitales 3. A través del detector Drager. VENTILACIÓN DE MINAS – UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

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ÁCIDO SULFHIDRICO ( H2S),HIDROGENO SULFUROSO,GAS APESTOSO Formula:

H2S

Gravedad Específica:

1.191

Limite Máximo Permisible:

10 ppm o 0.001 %

Este gas comúnmente se le llama gas apestoso debido a su olor característico de putrefacción a huevo podrido. En las minas lo encontramos en los charcos de agua estancada, desagües de áreas inundadas, en los disparos de minerales sulfurosos. Se le encuentra en cantidades apreciables en la combustión de la pólvora negra. Cantidades peligrosas se encuentra en las minas de yeso, minas de carbón, etc. Este gas es más venenoso que el monóxido de carbono, pero no es considerado tan peligroso por su olor característico de putrefacción que denuncia fácilmente su presencia. Se debe tener cuidado de no agitar charcos de agua, cuando se sospecha que puede contener ácido sulfhídrico, debido a que un pie cúbico de agua, puede liberar 3 pies cúbicos de ácido sulfhídrico.

Efectos en la salud 1. Este gas es muy irritante a los ojos y a la garganta. 2. Su acción tóxica se manifiesta de acuerdo al siguiente orden: 0.001 %

Limite Máximo Permisible.

0.02

Concentración peligrosa después de 1 hora de exposición.

%

0.04 %

Extremadamente peligroso después de 30 minutos.

0.1

Muerte instantánea.

%

Tratamiento de los pacientes El tratamiento es el mismo que se aplica para el envenenamiento por monoxido de carbono, pero además los ojos deben ser cubiertos por una compresa húmeda para prevenir los efectos de la luz. Todos los pacientes deben ser atendidos por un facultativo y mantenerlos bajo observación por lo menos 24 horas.

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Detección de ácido sulfhídrico a. Olfato Por su olor característico es la manera mas fácil de detectar bajas concentraciones, aunque uno no debe confiarse, y que altas concentraciones tiende a destruir el sentido del olfato, que hace creer a la persona que el peligro ha pasado. Por esta razón es necesario que cuando se detecte presencia de ácido sulfhídrico se debe abandonar inmediatamente el lugar y reportar al momento. b. Monitores digitales c. Detectores Drager.

VAPORES NITROSOS (NO + NO2) Formula

: NO2 , N2O3

Limite Máximo Permisible

: 5 ppm o 0.0005 %

Estos gases son fácilmente percibidos por el olfato, tienen un color rojizo (NO 2) Los vapores nitrosos formados por óxidos nitrosos, se encuentran normalmente en minas, después de habré realizado una voladura con dinamita o anfo. Estos vapores son mas peligrosos que el ácido sulfhídrico. También lo encontramos en la soldadura, se desprende oxido nítrico y este por oxidación pasa a dióxido de nitrógeno. En los laboratorios cuando se ataca muestras orgánicas y minerales con ácido nítrico.

Efectos sobre la salud 1. Produce conjuntivitis, edema de párpados, ulceraciones de cornea. 2. En la piel produce coloraciones pardo rojizas lo mismo que en dientes y cabello. 3. Produce también dolor en el pecho, disneas DIFICULTAD PARA RESPIRAR, tos con aspecto amarillo o sangre, cianosis fiebre, respiración asmática, bronconeumonía, edema pulmonar. 4. Dolor de cabeza, vértigo, delirio, convulsiones. 5. La toxicidad se da en el siguiente orden: 0.0005 %

Concentraciones Máximas Permisibles para 8 horas.

0.006 % 0.01 %

Causa irritación a la garganta. Causa tos.

0.015 %

Peligroso para corta exposición (1/2 a 1 hora).

0.02 a 0.07 %

Fatal para una corta exposición.

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Tratamiento a los pacientes 1. Darle atención medica de inmediato 2. Reposo absoluto con aparatos de respiración controlada. 3. La recuperación se logra de 3 a 4 días 4. En casos graves, la secuela e la siguiente: Bronquitis aguda, Proceso obstructivo restrictivo, fibrosis pulmonar, insuficiencia respiratoria y cardiaca crónica.

Detección de vapores nitrosos. 1. Se le identifica fácilmente por su color pardo rojizo. 2. A través de detectores digitales. 3.A través del Drager.

EL METANO NH4 El metano tiene una gravedad específica de 0.554, es comúnmente llamado “gas de los pantanos”, “Grisú”. Es uno de los gases de los hidrocarburos más ligeros. Es incoloro, inodoro,

sin olor, sofocante y no venenoso. Este gas cuando se mezcla con el aire en una proporción de 5 á 15% es altamente explosivo. Se encuentra en forma natural, pero puede ser generado por la descomposición de la madera bajo el agua, debe tenerse cuidado cuando se desagua trabajos viejos de mina. Es también generado por la descomposición de substancias vegetales. Es encontrado prácticamente en todas las minas de carbón y con alto maderamen y, también en algunas minas de mineral de fierro, en túneles de roca y en varios otros tipos de minas de mineral, donde los esquistos carbonosos se encuentren demasiado cerca. Debido a su baja gravedad específica, es encontrado generalmente en el techo de las labores o en el final de las galerías o chimeneas, etc. Los sistemas de desagüe de las ciudades son también lugares donde se encuentra este gas. Si hay suficiente metano para reducir el contenido de oxígeno en el aire a un punto más bajo que el necesario para mantener la vida, puede ser asfixiante, no se puede percibir porque no tiene ni olor, ni color, ni gusto.

Tratamiento Los pacientes con síntomas de asfixia con metano, deben ser sacados al aire fresco. Si ha cesado la respiración debe iniciarse inmediatamente respiración artificial. Los pacientes no presentan efectos posteriores, y generalmente reviven tan pronto como son sacados al aire fresco.

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Detección del Metano Los métodos aceptados más ampliamente son: Lámpara de flama de seguridad y detectores eléctricos que hoy en día se usan. Así como también los detectores múltiples.

GASES QUE EVACUAN LOS EQUIPOS DIESEL Desde que el combustible diesel paso hacer un elemento de uso común, mejor que la gasolina, ha generado una serie de impactos en el ambiente, producido por los humos que emanan por los tubos de escape de los equipos. El motor diesel es mas confiable mas fuerte, exige menos mantenimiento que los motores convencionales, es menos costoso, además dura mas. Los equipos con motores diesel, tienen mejores ventajas que el motor de gasolina, por las siguientes razones: - Aumenta en el doble el kilometraje. - Es mas barato que la gasolina. - Es mas económico desde el punto de vista del consumo. Control de los gases que evacuan los equipos diesel Los gases de escape del diesel, tiene los siguientes componentes: - Óxidos de nitrógeno - Monóxido de carbono - Anhídrido sulfuroso. - Aldehídos - Partículas microscópicas de sólidos y líquidos. Cada una de estos gases tienen efectos potencialmente perjudiciales para los seres humanos. Por ejemplo el oxido de nitrógeno puede causar irritación en los ojos, y en la garganta. El dióxido de nitrógeno esta clasificado como un irritante fuerte para los pulmones, esta vinculado con el desarrollo de bronquitis, enfisema, El CO es peligroso para los conductores porque disminuye la eficiencia mental , afecta la atención, la percepción, el razonamiento y el control motor Una de las formas como se controlan estos gases, es a través de la instalación en los escapes de los equipos diesel filtros o catalizadores, que. En el mercado abundan, también pueden controlarse estos gases a través de una ventilación eficiente, es decir contar con fuertes flujos de aire que. Puedan arrastrar estos humos y evitar que permanezcan durante mucho tiempo en el ambiente Un equipo Diesel nuevo con PTX y scrubber evacua bajas concentraciones de C0, N02 y aldehidos. Se han hallado 30 a 70 ppm de C0 en la superficie Medido el flujo que evacua un equipo diesel sin scrubber o PTX se medido 1,000 ppm de N02 VENTILACIÓN DE MINAS – UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

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y 500 ppm de C0, los cuales debe ser diluidos obligadamente por el flujo de ventilación que atraviesa el lugar de operaciones. No siempre la ventilación principal y la ventilación auxiliar son suficientes en volumen, para determinadas aéreas debido a obstáculos o diseños inadecuados o incompletos en el laboreo minero, razón por la cual el limite máximo permisible del C0 debe ser 1000 ppm para los nuevos equipos y para los equipos reparados sin ninguna discriminación.

HUMOS En las minas, los humos consisten en la presencia de partículas muy finas de hollín, generado por los escapes de los equipos Diesel, por los trabajos de soldaduras, o cuando quemamos materiales diversos, etc. El hollín que se srcina, es irritante a la respiración pero no asfixiante, aunque en muchos casos si se hace mas notorio, en lugares donde hay una deficiente ventilación es posible observar ambientes oscuros saturados por el hollín que hace suponer a muchas personas que es el gas Monóxido de carbono.

CONTROL DE LOS GASES PRODUCIDOS EN LAS MINAS Las medidas de control de los gases que se producen en las minas se debe hacer siguiendo una secuencia y orden . 1. Prevención a. Control en la voladura b. Ajustar el mantenimiento de una maquina c. Evitar el uso de materiales inflamables 2. Remover a. Drenar las aguas estancadas en galerías o lugares abandonados. b. Utilizar purgadores o filtros en los equipos. c. Utilizar ventilación exhaustiva localizada. 3. Absorción a. Cuando hay reacciones químicas, usar equipos acondicionadores b. Después de una voladura de rocas, usar atomizadores en el material

derribado.

4. Aislamiento a. Taponar labores abandonadas o no utilizables. b. Realizar voladuras controladas. 5. Dilución a. Usando ventilación auxiliar. b. Diluir gases usando mangas de ventilación. VENTILACIÓN DE MINAS – UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

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Este control preventivo esta en función de los costos, la disponibilidad de los materiales, personal capacitado etc.. Una forma practica de llevar un control de los gases de mina es a través de un monitoreo de estos gases, en forma continua, lo cual nos indicara el grado de concentración en que se encuentran en el aire de mina. Si las concentraciones de estosgases se encuentran sobre los Limites Máximos Permisibles, es de urgente necesidad ventilar las labores. Se denomina Limites Permisibles de una sustancia a la concentración de esta sustancia en el ambiente atmosférico de un lugar de trabajo, por debajo de la cual existe una razonable seguridad de que un trabajador podrá desempeñar su labor durante las 8 horas de trabajo, sin sufrir molestias ni daño a su salud. Los Limites Permisibles están sujetos a revisiones periódicas, de acuerdo a estudios o normas técnicas .La concentración de los agentes químicos y los Limites Permisibles, se expresan de acuerdo a su naturaleza en: 1. Proporción volumétrica 2. Peso de agentes químicos por unidad de volumen de aire. 3. Numero de partículas por unidad de volumen de aire. Así los gases y vapores se expresan en partes de gas por millón de partes de aire ambiental o un tanto por ciento.

CASOS DE MUERTES POR INTOXICACIÓN CON GASES EN LAS MINAS DEL PERU. A continuación se exponen algunos casos de accidentes con consecuencias fatales ocurridas en diferentes minas del Perú, de estos casos debemos sacar algunas conclusiones que nos permitan evitar la ocurrencia en el futuro de algún incidente o accidente. Las respuestas los iremos conociendo a medida que vayamos analizando este tipo de casos, que han ocurrido en diferentes labores como son: -

En chimeneas. En galería o labor abandonada. En tajeos. En galería a la hora de los disparos Al regresar a los frentes de disparado

1.4 LOS POLVOS DE MINA 1.4.1. ORIGEN Los polvos que se presentan en las diferentes operaciones de minado y Plantas de beneficio de minerales son partículas sólidas finamente divididas que se srcinan por: Las perforaciones de roca, en la voladura de la roca y minerales, así como también; en la limpieza de mineral derribado y en las transferencias de este mineral hacia los echaderos y en las descargas de las tolvas de estos echadores hacia los carros metaleros.

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ASENTAMIENTO DE LO S POLVOS Los polvos, que son un conjunto de partículas pequeñas que flotan y se mantienen en el ambiente durante buen tiempo para asentarse y en otros casos son diluidos, dispersados o transportados mediante la velocidad del aire de la ventilación natural o forzada que hay en el punto de generación de polvos. Técnicamente polvo asentado se considera a todo aquel que tiene más del 90% de material terroso y que pasa por malla menos 200 equivalente a 0.075 milímetros, que es mucho menos que un milímetro.

¿QUE OCASIONAN LOS POLVOS? Los polvos son contaminantes, que crean condiciones de falta de visibilidad, riesgo de accidentabilidad, pérdida de tiempo en la velocidad de transferencia para su transporte, dañan los equipos y daña los bronquios y pulmones de los operadores, dependiendo del tamaño de las partículas, composición química y tiempo de exposición a estos. Estos polvos son los causantes de las enfermedades ocupacionales que se adquieren cuando se trabaja durante mucho tiempo en las labores mineras. 1.4.2. TAMAÑO DE LAS PARTICULAS DE POLVO Cuando estamos dentro de mina y observamos el As de luz de nuestra lámpara eléctrica, dirigida hacia la dirección de la galería, podemos ver un aire limpio sin particular flotantes o podemos ver que hay una serie de partículas flotantes en el ambiente. Las que flotan y las vemos son de más de un milímetro de diámetro y por eso las vemos; mientras que las de menor tamaño a un milímetro, nos las vemos y este es el polvo fino que se asienta después de muchas horas en las paredes de la galería y esta constituido por partículas del tamaño de 75, 50, 20, 10 y 5 micras a menos equivalentes a 0.075, 0.05, 0.02, 0.01 y 0.005 milímetros respectivamente. Los Higienistas y Médicos de salud ocupacional han determinado que las partículas de 5 micras a menos, que son las que no vemos y son las causantes de las enfermedades ocupacionales; son las que atraviesan el tracto respiratorio superior del hombre y se alojan en los pulmones ocacionando daño, mientras que la de mayor tamaño a 5 micras van quedándose en la fosas nasales o bronquios. 1.4.3 COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LAS PARTICULAS Los polvos en minas son generalmente una mezcla de varios minerales pueden estar constituidos por partículas del mineral que explotamos como la pirita, los sulfuros, el carbón, la calcopirita, la galena, la blenda, la cuprita, y además por el cuarzo y sílice y por partículas de ortoza, crisocola, biotita, que también contienen y que yson quedeestá dentro del mineralcaolín, o en otras ocasiones están al costado sílice del mineral quelaal ganga momento volar y extraer la se pulverizan ocasionando ambientes polvorientos que contiene sílice o sílice libre (SiO2) la cual daña si la respiramos por mucho tiempo, sufriendo la enfermedad profesional denominada silicosis; razón por lacual hay necesidad de realizar la determinación química de los polvos mostrados, empleando métodos químicos y petrográficos a fin de conocer el porcentaje del sílice libre que hay en la muestra tomada en el campo.

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1.4.4 MOVIMIENTO DE LAS PARTICULAS DE POLVO DE TAMAÑO PEQUEÑO El movimiento del material particulado en la mina tiene que ser bien comprendido para evaluar los daños y darles a estas partículas el adecuado medio desupresión o control. La velocidad de sedimentación de estas partículas es muy lento por que siguen un movimiento zigzageante o casi nunca se asientan. La velocidad de asentamiento de las partículas de sílice se muestran en el siguiente cuadro:

Tamaño de partículas (Micrómetros)

Tiempo para caer (Pies por minuto)

0.25 0.50 1.0 2.0 5.0

590.00 187.00 54.00 14.50 2.50

DAÑO QUE CAUSAN LAS PARTICULAS DE POLVO Las partículas cuyo tamaño es mayor a 10 micras o sea mayores a 0.01 milímetros no tienen tanta importancia en el daño humano porque estas no se mantienen por tiempo prolongado en suspensión ni en la corriente de aire que hay en las galerías, aún cuando la velocidad sean bajas; porque estas siendo grandes precipitan debido a su masa o gravedad o se van quedando en el tracto respiratorio superior del hombre como son las fosas nasales y traqueas y no ingresan a los pulmones. Las partículas de polvo con patología de efecto dañino, son las que miden menos de 5 micras. Estas son las que no vemos y viajan en el aire de las corrientes de la mina y van a parar a los alvéolos pulmonares siendo estas las partículas que un Ingeniero de ventilación de mina tiene que suprimirlas o colectarlas en su srcen o diluirlas rápidamente para que no estén en altas concentraciones en los diferentes flujos de aire de las diferentes labores de la mina como chimeneas y galerías. Las partículas de polvo de menos de 5 micras no tienen peso o densidad significativa ni tampoco inercia y por estas razones se mantienen suspendidas indefinidamente e invisiblemente a nuestros ojos en las corrientes del aire minero y sólo se asienta en muchas horas si no hay velocidad de aire. Los polvos en la mineríaquímica, y en la industria principalmente un tamaño de 0.5 a 3 afectar micras y tienen una composición diferentetienen que pueden o no, según su composición los pulmones y ocasionar daño permanente. En observaciones de pulmones abiertos, las partículas de 5 micras para abajo son las que en mayor porcentaje se han encontrado diseminados en estos órganos y que son de sílice, carbón, fierro u otros. Es importante conocer mediante muestreo ambiental y análisis químico; primero la composición química del polvo que hay en un ambiente, y la concentración de los

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componentes, segundo conocer mediante microscopio el mayor % del tamaño de partícula para decidir el grado de peligrosidad del polvo muestreado de un determinado lugar de la mina. Por lo tanto, las partículas de pequeño diámetro, tenemos que encerrarlas y colectarlas en su fuente, precipitarlas, aislarlas o diluirlas en volúmenes de aire grandes para que no formen concentraciones dañinas.

CONCENTRACIONES MAXIMAS PERMISIBLES La Concentración Máxima Permisible para polvo con contenido de sílice se calcula de acuerdo a la formula: CMP

250 = ----------------

= mpppca

% SiO2 + 5 Donde: CMP

=

Concentración Máxima Permisible ( mpppca) millones De partículas por pie cúbico de aire.

% de SIO2 =

Este porcentaje de SIO2, debe encontrarse en laboratorio, de una muestra extraída de la mina

El límite Máximo Permisible para polvo de acuerdo al R.S.H.M. en el ambiente de trabajo no debe haber más de 3 miligramos por metro cúbico de aire, pero si el polvo es cuarzo puro ósea sílice libre; el LMP es de 0.1 miligramos por metro cúbico de aire. el polvode es partículas cristobalitadeelcobre LMP es 0.05mgr/metro miligramos por metro cúbico de aire. Si hay polvos ySimezclas es de de 1.0 cúbico. Es decir, este LMP no reconoce composición química pero si analiza la composición química.

1.4.5 MONITOREO DE POLVOS DE MINA. Para realizar un monitoreo de polvo en una mina, debemos contar con instrumentos tales como: 1. Frascos Mig impinger, acompañados de una bomba se succión Gelman, la que nos permitirá captar polvo a través de succión y el polvo es depositarlos en las botellas Big impinger por impacto, Las botellas deberán contener una sustancia alcoholica diluida. Este método antiguo, poco se usa.

2. Muestreador gravimetrico FLOWLITE M.S.A., con la utilización de filtros que vienen pesados de fábrica y grabados con su peso para luego de muestreado ver el incremento de peso colectado de partículas de menos de 5 micras en una balanza electrónica. La diferencia de peso será el que se genera en la toma de cada muestra. Usando un muestrador digital Sibata , Aquel que nos proporciona el numero de partículas en cada muestreo.

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Ejemplos de muestreo de polvos por el método gravimétrico. Zona de muestreo : Fecha de muestreo : Hora de muestreo : Parámetros de cálculo

Nivel 1415 – Tajo 38 sábado, 12 Abril 1999 15:20 horas

Peso Inicial de Filtro: 13.880 mg. Peso Final de Filtro : 14.016 mg. Perforando con una máquina leopardo Diferencia de Peso : 0.136 mgr. Volumen succionado en el muestreo :

2 Litros/min. = 0.002 m3/minuto

Tiempo de muestreo: 40 min. Volumen total succionado

:

0.002 m3/minuto x 40 min. = 0.080 m3.

Concentración de polvo: si en 0.080 m3 succionados hay un incremento de peso de 0.136 mg. En 1 m3 habrá un incremento de: 0.136 mgr. = 1.700 mgr/m3. 0.080 m3 Si 1 mgr /m3 equivale experimentalmente a 212 mp/m3 = millones de partículas por metro cúbico, los 1,700 mgr./m3 tendrán: 360 mp/m3.

1,700 mgr /m3 x 212

=

360 mp/m3.

Siendo el limite permisible = 200 mp/m3 en el código de minería. Estamos con 70% sobre el límite permisible.

1.4.6 EL CONTROL DE POLVOS EN MINERIA SUBTERRANEA

Los polvos de mina, se pueden controlar a través de los siguientes métodos: 1. Utilizando agua para humedecer el mineral o desmonte en los diferentes procesos de trabajo (perforación, limpieza y manipuleo, hasta llegar a la tolva de gruesos. 2. Utilizando ventilación secundaria, auxiliar y localizada, con la ayuda de ventiladores, aparatos que son los que permiten succionar o impeler aire que a través de la velocidad, se puede evacuar atmósferas contaminadas de polvo.

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Control de polvos mediante el agua La supresión de polvos mediante el agua se efectúa por sprays o pulverizadores de agua que es efectiva, por ejemplo, en los echaderos de mineral o descarga de carros mineros, para esto se requiere escoger el tamaño y forma de la boquilla del sprays o pulverizador. El tamaño de la boquilla de spray esta en función del diseño del spray, y del chorro de agua, el cual puede salir en abanico, en línea o según nos convenga y también esta en función de la presión del agua y del volumen de ésta. Se pueden obtener hasta 600 psi de presión, produciendo pequeñísimas partículas de de gotas de agua con altas velocidades, que pueden ser captadas por un ventilador para disipare las neblinas de agua y estas pueden ser dirigidas a galerías abandonadas o poco transitadas. Para la limpieza del mineral o desmonte debemos usar spray de agua y de aire que es más efectivo que cuando usamos agua solamente. El volumen de agua que sale en forma atomizada lo obtenemos a través de varias experiencias o practicas afín de evitar que se produzcan ambientes con neblina. El consumo de agua por las aberturas de los sprays es el siguiente: 0.01 a 1 gpm 0.05 a 10 gpm, y 1

a 70 gpm.

Para el caso de perforación la practica demuestra que se debe utilizar 1 galón de agua por minuto, para cada maquina perforadora, la que nos proporciona aproximadamente una presión de 30 libras x pulgada cuadrada. Es necesario anotar que la educación y capacitación del personal y la labor de supervisión de los supervisores, capataces, caporales, Jefes de guardia, jefes d e sección, capitanes de minas y personal profesional de diferentes áreas juegan un papel primordial para que se cumplan este método de control de polvo.

Control de polvos mediante ventilación La ventilación por medios mecánicos es un método que permite controlar los polvos en las minas, el uso de ventiladores nos permite succionar o desplazar atmósferas con concentraciones de polvo, para luego ser dirigidas a chimeneas de evacuación o a galerías abandonadas o poco transitadas, donde se puede instalar sistemas de lavado del aire, para que nuevamente este aire sea recuperado y ser utilizado en otras labores. El R.S.H.M. establece la velocidad de transporte del aire que esta comprendida entre 20 y 25 m/in como mínimo y 250 m/min como máximo, pero estos valores están permitidos cuando las condiciones de la mina se desarrollan sin problemas de polvo. Cuando la mina es muy polvorienta a causa de su método de explotación usado, es necesario considerar un flujo mayor de aire por las zonas de ingreso, para evacuar las partículas de polvo que se encuentren en suspensión Para evacuar concentraciones de polvo, se usa ventilación auxiliar o ventilación localizada.

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La ventilación auxiliar La utilización de ventiladores de volúmenes moderados y el uso de mangas de ventilación, nos permiten controlar altas concentraciones de polvo que se generan a consecuencia del manipuleo del mineral, en la mina podemos encontrar estos lugares en galerías próximas a echaderos principales de mineral o desmonte o en lugares donde trabajan equipos mecanizados en el movimiento del material derribado ( palas mecánicas, scoops, etc.). En estos lugares se deben utilizar los ventiladores auxiliares para el control de los polvos, mediante una técnica adecuada.

Ventilación localizada Este tipo de ventilación generalmente se utiliza cuando las fuentes de polvo son muy frecuentes y constantes, constituyéndose en focos de contaminación, por contener altas concentraciones de polvo. Para diseñar un sistema localizado se requiere de ciertos parámetros, los cuales deben estar de acuerdo a standares ya establecidos, donde las partículas de polvo deben ser capturadas. Por medio de si

LA NEUMOCONIOSIS La neumoconiosis es una enfermedad ocupacional, en término genérico se utiliza para denominar todos los tipos de daños ocasionados por diferentes polvos. Cuando el daño es ocasionado por un determinado elemento predominante, toma el nombre de este compuesto, así; si el polvo de mina es abundante en sílice se llama silicosis. Si los polvos son de carbón se le llama antracosis. Si los polvos son fierro se le llaman siderosis y a si sucesivamente.

LA SILICOSIS El hombre adquiere silicosis cuando ha estado expuesto a polvos de sílice por mucho tiempo y el daño ocurre cuando las partículas llegan a los alvéolos pulmonares en concentraciones por encima del límite máximo permisible, ocasionando en el trabajador un esfuerzo para respirar que le quita capacidad para realizar trabajo y ello es debido a que las partículas han recubierto áreas de los pulmones en buen tiempo de exposición y estos alvéolos no cogen el oxígeno para purificar la sangre. El daño altera la funcióndedel pulmón, el cual inicialmente se inflama y tiende a enfermarse persona. Las partículas sílice libre reaccionan químicamente en el tejido alveolar pulmonarlay en los fogositos, muriendo las células y ubicándose en su lugar nódulos o pigmentaciones de SIO2 alrededor o dentro de los vasos del pulmón, paralizando el drenaje o desagüe de las impurezas, no pudiendo el individuo respirar porque ya el pulmón no es elástico y entonces se cansa y se le ha producido una incapacidad para realizar un trabajo.

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FACTORES QUE OCACIONAN SILICOSIS 1. La composición química de la ganga y mineral o de solamente uno de estos, con alto porcentaje de concentración de SiO2. 2. Cantidad de partícula SiO2 presente en el ambiente expresado en millones de partículas por pie cúbico (mpppca) y del tamaño de las partículas sílice menores a 5 micras. 3. Tiempo de exposición del trabajador a estas partículas de sílice en su area de trabajo, que pueden ser de 10, 15 a 20 años o menos, si son canteras o estratos de sílice. 4. Susceptibilidad del trabajador a contraer esta enfermedad, esta en función al estado físico, alimentación, etc.

EL CONTROL DE LA SILICOSIS POR EL MEDICO DE SALUD OCUPACIONAL Los médicos de salud ocupacional llevan acabo la prevención de la silicosis, ayudados por los químicos, radiólogos y microscopistas de higiene industrial y por los ingenieros de minas y de ventilación minera. El control médico de la silicosis lo inician en el turno de los trabajadores, mediante un examen o estudio radiológico de las radiografías tomadas antes de que ingrese al trabajo para formar su historial medico de silicosis y tuberculosis para que después de un tiempo de 8 a 12 meses realice en el otro examen radiológico de los pulmones e ir formando su historial de exámenes médicos periódicos que revelen o no la presencia de nódulos de sílice o tuberculosis en los pulmones del trabajador a fin de recomendar las mejoras ambientales del lugar o lugares donde labora el trabajador, Estas recomendaciones son de gran importancia para el ingeniero de minas y de ventilación minera

1.5. Ruido Técnicamente es cualquier sonido indeseable, es una forma de vibración que puede conducirse a través de sólidos, líquidos o gases. Es una forma de energía en el aire, vibraciones invisibles que entran al oído y crean una sensación. Actualmente el ruido es el riesgo laboral de mayor prevalencia, por lo que se señala como un verdadero problema de salud publica, tanto por sus efectos auditivos como por los extra auditivos.

PROPIEDADES DEL RUIDO

1. 2. Intensidad Frecuenciao Presión 3. Duración La Intensidad o Presión de los sonidos, sigue una ley de la inversa del cuadrado. Es decir según aumenta la distancia desde la fuente, disminuye el nivel del sonido como el cuadrado de la distancia. La frecuencia del ruido, es el numero de variaciones en la presión sonora por unidad de tiempo,

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expresada generalmente en ciclos por segundo (cps). Ejemplo,. Los sonidos que se producen en la industria son de gran número de frecuencia, y una persona que goza de buena salud auditiva puede percibir sonidos con frecuencia entre 20 a 15000 cps o Hertz (hz) La duración del ruido esta en función del tiempo de exposición a que esta sujeto la persona.

1.5.1 EFECTOS DEL RUIDO EN EL HOMBRE Incluye los siguientes:

1. Efectos Psicológicos. Cuando el ruido ocasiona malestar o irritación, interrumpe la

concentración, el sueño o el descanso. 2. Interferencia en las comunicaciones orales y como consecuencia interferencia en el rendimiento 3. y seguridad en el trabajo. 4. Efectos Fisiológicos. Cuando el ruido induce perdida de las facultades auditivas, dolor aural, nauseas y reducción del control muscular (cuando la exposición es intensa)

1.5.2. PERDIDAS DE LAS FACULTADES AUDITIVAS Puede clasificarse en dos categorías:

1. Disminución temporal del poder auditivo por la exposición a los ruidos intensos durante unas horas. El periodo de recuperación puede ser de unos minutos, hora, días o hasta más, dependiendo la persona, severidad de exposición. 2. La perdidadepermanente del sentidoy tiempo del oído, que se puede deber a: envejecimiento (Presviacucia), enfermedades, lesiones o la exposición de ruidos penetrantes durante periodos prolongados (Trauma acústico).

1.5.3. MEDICION DEL RUIDO La medición del ruido puede lograse con un SONOMETRO que sirve para registrar la intensidad o presión, cuyos valores nos da en decibeles (dB)

Niveles de ruido permisibles El R.S.H.M. en el articulo No 82 nos muestra que el tiempo de exposición al ruido debe estar bajo la siguiente escala: Nivel de ruido en la escala “A”

82 decibeles 85 decibeles 88 decibeles 91 decibeles 94 decibeles 97 decibeles 100 decibeles

Tiempo de exposición

16 horas/día 08 horas/día 04 horas/día 1 ½ horas/día 01 hora/día 1/2hora/dia ¼horas/dia

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1.5.6 CONTROL DEL RUIDO EN LAS MINAS Se debe considerar que la salud auditiva de los trabajadores en las minas subterráneas, debe incluir programas de control para evitar enfermedades ocupacionales, Estos programas deben incluir lo siguiente:

1. 2. 3. 4.

Audiometrías. Controles de niveles de ruido. Supresión de los ruidos utilizando la ingeniería. Mediante el uso de protectores auditivos.

1. Las Audiometrías Miden la capacidad que una persona tiene al oír varias frecuencias de

sonido y determina su grado de perdida auditiva (si la tiene). Se recomienda desarrollar programas de Audiometrías preocupacionales y periódicas bajo supervisión médica. Esto nos servirá para evaluar el desempeño de un trabajador en su máxima eficiencia, para colocar a un trabajador en ambientes menos ruidosos para que no continúe avanzando su enfermedad y para llevar un registro sobre el historial del trabajador.

2. Debe incluir análisis de la exposición al ruido, monitoreos frecuentes de niveles de ruido en las operaciones o zonas sospechosas, donde operan las perforadoras neumáticas que están entre 90 y 120 dB(A), scoops, compresoras, bombas, ventiladores, etc. 3. Utilizando la ingeniería, Controles aplicando por ejemplo encerramientos acústicos, adquirir equipos mas silenciosos, e instalar silenciadores en algunos equipos, utilizando materiales como caucho. Sobre todo en perforadoras neumáticas que pueden colocarse silenciadores al escape del equipo o instalarle una tubería en el escape para que descargue el sonido en un lugar mas alejado. Para el caso de los ventiladores se debe colocar silenciadores, que abundan en el mercado. , 4. Referente a Protección personal, en muchos casos, el uso de tapones auditivos o las orejeras constituyen un obstáculo para la confiabilidad que debe tener el minero, de poder escuchar sonidos bruscos y leves que podrían advertirle sobre un peligro. Cuando usamos protectores auditivos correctamente ajustados, puede lograrse una reducción de 10 y 40 decibeles (dB) en una frecuencia de 300 a 400 Hertz (Hz), estos protectores son los tapones, para lo cual se recomienda los que son fabricados con caucho blando preformados, de polímero expandido, de neopreno o de plástico. También pueden usarse tapones moldeados de algodón impregnado con cera o los de silicona moldeados a medida del usuario. Las orejeras generalmente ofrecen una mejor atenuación debido a que ofrecen un mejor ajuste. Estas orejeras se recomiendan en zonas de perforación.

1.5.7PERDIDA DE LAS FACULTADES AUDITIVAS Puede definirse como la reducción de la capacidad auditiva en comparación con una persona normal.

1. Disminución temporal del poder auditivo por la exposición a ruidos intensos durante unas horas, volviéndose normal al cabo de un periodo de descanso, este periodo puede ser de unos minutos, horas, días o hasta mas, dependiendo de la persona y de la severidad y tiempo de exposición. 2. La perdida permanente del sentido del oído, que puede ocurrir como resultado del proceso de envejecimiento (presbiacusia), enfermedad, lesiones o la exposición a ruidos penetrantes durante periodos prolongados (hipoacusia). VENTILACIÓN DE MINAS – UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

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La mayoría de las Hipoacusias, evolucionan gradualmente debido a muchas causas, siendo la principal la exposición a ruidos en forma prolongada. A veces los niveles de ruido pueden ser inofensivos para algunas personas pero pueden causar perdida auditiva en otras. También puede ser causada por drogas, enfermedades, factores hereditarios, etc. Los factores que contribuyen a una perdida auditiva son: Nivel total de ruido (medido en decibeles) Composición

de la exposición al ruido, (frecuencia, impacto y tono)

Duración de la exposición. Susceptibilidad individual. Edad de la persona. El ruido es excesivo y perjudicial cuando los niveles generales de presión sonora excede de 90 dB(A). Una perdida auditiva solo se puede determinar con certeza mediante una Audiometria.

VIBRACIONES Muchos trabajadores piensan que las vibraciones pueden resultar perjudiciales para la salud, no solo por lo que son molestas, sino cuando estas son constantes causando dolores de espalda, síndrome del túnel carpiano y trastornos vasculares, etc . Podemos considerar en dos categorías:

1. Vibraciones de cuerpo entero y 2. vibraciones de las manos y los brazos. Las vibraciones de cuerpo entero son aquellas que se trasmiten a todo el cuerpo a través de las sentadas o de los pies, o de ambos, con frecuencias al manejar o ir sentados en vehículos de motor o al estar parados en pisos que vibran (cerca de maquinas como compresoras, bombas, etc. Las vibraciones en brazos y manos, que se producen normalmente cuando se usan herramientas o maquinas que vibran como perforadoras. Los efectos ocupacionales de las vibraciones en la salud son el resultado de los periodos prolongados de contacto entre l trabajador y la superficie que vibra, siendo los siguientes efectos crónicos: Vibración en el cuerpo entero: Dolor de espalda Vibración en brazos y manos: Debilitación de la capacidad de agarre Disminución de la capacidad de agarre. Disminución de la sensación y habilidad de las manos. Blanqueo de los deseos o “dedos blancos”

Síndrome del túnel carpiano.

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En la actualidad no existen normas legales que limiten la exposición de las vibraciones. Sin embargo es urgente y necesario desarrollar técnicas para evitar que las vibraciones sea perjudicial a la salud del trabajador. Estas vibraciones pueden reducirse frecuentemente aislando el sistema mediante el uso de elementos de amortiguación, o en su defecto realizando programas de balanceo de equipos estacionarios como compresoras, bombas, ventiladores, etc. Referente a las vibraciones en brazos y manos puede resultar mas difícil de controlar, pero la selección y el mantenimiento apropiado de las herramientas pueden reducir drásticamente la exposición a las vibraciones. Otro de los aspectos que debemos considerar es la rotación de trabajadores en estas actividades (perforación) o la reducción de la intensidad y duración de la exposición, o la capacitación referente al mantenimiento de las herramientas o maquinas.

1.6. EL CALOR Y LA HUMEDAD 7.7.1. ORIGEN DEL CALOR EN LAS MINAS El srcen del calor en las minas puede ser: Por la auto compresión del aire al hacer ingresar aire por las galerías donde sufre fricción con las paredes de roca, del techo, costados y piso que pueden estar fríos o calientes. Por la emanación de calor de la roca u oxidación del mineral que genera calor y se trasmite al aire por convección o en otros casos ocasionado por laoxidación de la madera Por las actividades que realizan los hombres cuyo metabolismo se acelera y libera calor al ambiente de 36.6ºC a 37.6ºC Por la profundidad del yacimiento aumentando 1.5 oC por cada 100 metros verticales, llamado también grado geotérmico. Transferencia del calor El calor se transmite por conducción, por convección y por radiación, en mina subterránea generalmente la transferencia ocurre por .convección y conducción.

1.6.1. EL CALOR ESPECÍFICO DEL AIRE El calor específico se entiende como la cantidad de calor (medido en calorías) que se necesita para elevar la temperatura en un grado la unidad de masa del aire. Para elevar de 0 grados a 1 grado centígrado la temperatura de 1 Kg. De aire (a presión constante), se necesitan 0.23751 calorías (ver tabla No ) W =

Donde : W c G T

= = = =

G. C(T2 – T1)

Calor especifico (calorías) Calor especifico del aire (cv,cp) Masa del aire (kg) Temperatura del aire ( C)

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La cantidad de calor La cantidad de calor que absorbe una sustancia cuando se caliente o que sede calor cuando se enfría está directamente relacionado con su peso o masa, el cambio de temperatura que ocurre y su calor específico de la sustancia, siendo la ecuación térmica que señala la cantidad de calor ganada o cedida: la siguiente formula nos permite calcular la cantidad de calor: : H = m. S (T2 – T1), donde: H = cantidad de calor en calorías, m = es la masa de kilogramos, s = es el calor específico de la sustancia y (t2 – t 1) = es la diferencia del cambio de temperatura, Ecuación muy importante cuando tenemos que enfriar el aire o cuando tenemos que calentar el aire. Por ejemplo en una mina con ventilación forzada se envía 40 m3 / m de aire seco, cuyo volumen específico es de 0.773 m3 / kg y cuya temperatura fría es de 2º C se pregunta ¿Cuántos kilo - calorías por hora se necesita proveer para llevar este aire a la temperatura de 45º C.? Para resolver esto, primero tenemos que calcular el peso del aire que debemos calentar por hora, para lo cual aplicamos el criterio de volumen especifico visto en la parte de densidad del aire: Y el peso será:

40m3/min x 60min/hora Peso = ----------------------------------- = 0.770 m3/kg

3,120 kilos / hora

Y la cantidad de calor que debemos dar a este aire será : H = 3,120 x 0.24 x (45-2) = 32,200 kcal/hora, y como un kilo caloría < > a 3.97 Btu/hora, necesitaremos dar una calefacción de 127,834 Btu / hora para que alcance 45º C

El calor sensible Es el calor que podemos determinar mediante nuestros sentidos en el ambiente y lo determinamos mediante un termómetro simple o el bulbo seco del psicrómetro, y podemos decir que es el calor suministrado a una sustancia o aire o sustraído de ella.

El calor latente Es la cantidad de calor que suministramos a una sustancia o aire o extraemos de ella para producir un cambio de estado sin, variar la temperatura como es el caso del agua al pasar al estado de vapor. VENTILACIÓN DE MINAS – UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

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Calor total El contenido de calor total de una mezcla de aire y vapor de agua es la suma de calor sensible mas el calor latente y a esto se le llama entalpia y en el aire acondicionado se extrae o se agrega calor al aire, al agua, al refrigerante, ó a un ambiente.

l Psicrómetro y el bulbo húmedo Un psicrómetro es un aparato para determinar la temperatura seca y húmeda de un lugar, para poder determinar el porcentaje de humedad relativa posteriormente con la ayuda de tablas o vacos. El uso del psicrómetro se efectúa haciendo girar éste por 1 minuto en el aire de la galería para recién leer la temperatura de los termómetros, habiendo mojado antes el bulbo húmedo leyendo primero después de guiar el termómetro de bulbo húmedo. El bulbo húmedo de un psicrómetro siempre marca la menor temperatura. Si el ambiente no es 100% húmedo que indica que el ambiente no está saturado de humedad de lo contrario si es igual al bulbo seco el ambiente estará saturado de humedad. El calor total depende únicamente de la temperatura del termómetro de bulbo húmedo, si la temperatura dada por este bulbo es alta el contenido de calor es alto, en cambio si es baja el contenido de calor es bajo, por lo tanto para lograr ambientes no calurosos debemos siempre lograr que la diferencia entre la temperatura del bulbo seco y bulbo húmedo sea mayor a 4ºF o más para tener ambientes frescos o buenos. Para mejorar lugares calientes esta diferencia debe ser grande y la velocidad del aire debe estar entre 200 a 550 pie por minuto a lo mucho, de lo contrario l velocidades más altas ya no logran ningún efecto de confort. Esto nos hace ver que en la mina siempre debemos medir y reconocer la temperatura del bulbo húmedo que es el más importante factor en determinar el confort del lugar y establecer la diferencia y ver si ésta permite o no capacidad de trabajo al trabajador, ya que el confort humano depende de la vaporización del sudor. Cuando uno está en ambiente caliente con porcentaje de humedad alta, el bulbo húmedo es alto y ya no puede vaporizarse el sudor por más que haya mayor velocidad de aire de ventilación, pues la máxima temperatura del bulbo húmedo es de 90ºF de < > 31ºC

1.6.2 EL AIRE Y EL VAPOR DE AGUA Ó HUMEDAD El aire atmosférico es una mezcla de aire seco mezclado con cantidades variables de vapor de agua y este contenido de agua depende de la temperatura que tenga el aire o reciba el aire afuera o dentro de la mina. Es decir, en el aire hay gramos de vapor de agua por 1 kilogramo de aire seco. El aire a bajas temperaturas o con baja temperatura necesita poco vapor de agua o humedad para saturarse de vapor de agua. El aire a altas temperaturas o con alta temperatura necesita considerable cantidad de vapor de agua para saturarse de vapor agua o humedad. Es decir el aire es afectado por el calor y lahumedad y no hay aire totalmente seco. Cuando el aire está totalmente húmedo decimos que tiene 100% de humedad relativa. Cuando el aire está un tanto seco decimos que el aire tiene 30% de humedad relativa. Cuando el aire tiene 65% de humedad relativa decimos que hay un buen ambiente para trabajar ó decimos que hay confort. VENTILACIÓN DE MINAS – UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

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1.6.3

LA HUMEDAD RELATIVA

La humedad relativa del aire es el grado de saturación de vapor de agua en el aire a la temperatura que tiene el aire, dato muy importante que determinar en minas frías o en minas calientes, para ver la forma técnica de crear un ambiente de trabajo confortable al trabajador que le permita hacer sus actividades sin mucho frío que lo pone nervioso y lo entumece o trabajar sin mucho calor que lo agota hasta ciertos límites después de los cual entra directamente la calefacción o refrigeración respectivamente como parte del acondicionamiento del aire: ó aire acondicionad. De lo anterior podemos decir que otros contaminantes del aire son también la alta humedad y la alta o baja temperatura que afectan la capacidad y eficiencia de trabajo. La humedad y baja temperatura causa disconformidad, nerviosismo y tumefacción en el hombre y fomenta la proliferación de bacterias, en cambio el calor causa deshidratación, aceleración del pulso y trabajo forzado al corazón y que si no se restituye las sales y el agua que se pierde por la sudación, el obrero siente vértigo, sensación de que se le va la vida y luego viene el colapso o desmayo siendo necesario bajar la temperatura por ventilación forzada lo cual tiene un límite, después de lo cual entra el aire acondicionado; para dar una sensación de frescura en la piel del trabajador y en todos los casos siempre hay necesidad de bajar el porcentaje de humedad relativa del ambiente.

CONFORT HUMANO Es la relación estrecha entre la humedad relativa y el calor, los valores óptimos de humedad relativa para la mayoría de las personas, está comprendido entre 55 a 65% de humedad relativa. Cuando esta por debajo del 20% la mayoría de las personas encuentran el aire demasiado seco, si esta por encima de 65% demasiado húmedo y en cuanto al calor los valores óptimos de confort están entre los 18º a 21ºC

TEMPERATURA EFECTIVA DE TRABAJO En la minería peruana encontramos frecuentemente lugares de trabajo calurosos más que los fríos, que llegan a veces a 39ºC que nos obliga a aplicar este concepto de temperatura efectiva de trabajo, en el cual el porcentaje de humedad relativa existente debemos bajar siempre. La temperatura efectiva es una medida de confort que involucra la temperatura del bulbo seco, la humedad relativa existente y el movimiento del aire en el recinto. Se ha determinado que para una velocidad de aire en el recinto hay un sin número diferente de temperatura de bulbo seco y porcentaje de humedad relativa que dan la misma sensación de confort o frescura para el 90% de los trabajadores en actividad dentro el recinto. Y afín de poder solucionar este problema de calor en ambientes de trabajo se han confeccionado cuadros que indican diferentes velocidades para diferentes temperaturas y porcentajes de humedad relativa que adjuntamos y así mismo adjuntamos el chart de temperatura efectiva del Us.Bur, Mines Bull 385 (1935) mediante el cual conocido el DB y el WB del lugar problema se puede hallar lavelocidad que debe imprimirse en ellugar problema y la cual se compara con la velocidad hallada en el lugar de trabajo, la cual debe ser elevada a la velocidad hallada en el chart para mejorar el ambiente de trabajo. Para lograr este aumento de velocidad hay que multiplicar el área de la sección transversal del VENTILACIÓN DE MINAS – UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

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lugar de trabajo por la velocidad hallada en el chart que nos da un volumen nuevo que debemos hacer fluir por el lugar, el cual comparado con el que fluía nos da una diferencia que indica el incremento de volumen que debe aumentarse por ventilación.

VELOCIDAD DEL AIRE (en metros por minuto) NECESARIA PAR OBTENER UNA TEMPERATURA EFECTIVA DE 30 C. Temperatura

del aire C 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 TABLA

Humedad Relativa (%)

50

55 60

65

70

75

80

85

90

95

100

30

55 150

20 45 35 95 140 50 105 100 150

30 60 25 50 90 140 30 50 100 150 90 140

90

DE LA PRESION ATMOSFERICA; A DETERMINADA ALTITUD Y PRESION

BAROMETRICA Y LA DENSIDAD RELATIVA DEL AIRE Altitude above Sea Level (ft) 0 500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000 5,500 6,000 6,500

Atmospheric Pressure (psi) 14.69 14.42 14.16 13.91 13.66 13.41 13.16 12.92 12.68 12.45 12.22 11.99 11.77 11.55

Barometer Reading ( in. mercury) 29.92 29.38 28.86 28.33 27.82 27.31 26.81 26.32 25.84 25.36 24.89 24.43 23.98 23.53

Relative Air Density 1.000 0.981 0.964 0.947 0.930 0.913 0.896 0.880 0.864 0.848 0.832 0.816 0.799 0.786

7,000 7,500 8,000 8,500 9,000 9,500 10,000 10,500 11,000 11,500 12,000 12,500

11.33 11.12 10.90 10.70 10.50 10.30 10.10 9.90 9.71 9.52 9.34 9.15

23.09 22.65 22.22 21.80 21.38 20.98 20.58 20.18 19.75 19.40 19.03 18.65

0.774 0.758 0.739 0.728 0.715 0.701 0.687 0.674 0.661 0.648 0.636 0.624

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13,000 13,500 14,000 14,500 15,000

8.97 8.80 8.62 8.45 8.28

18.29 17.93 17.57 17.22 16.88

0.611 0.599 0.587 0.576 0.564

Based on standard air; temperature constant at 70 F. Sources: F.W-O Neil, ed., compresedd air data ( 5 th ed.; New York: Ingersoll Rand Co., 1954) , p. 102; R.D. Madison, ed., Fan Engineering ( 5th ed.; ed Bufflo: Buffalo Forge Co., 1949), p.28.

TABLA PARA CONVERTIR GRADOS CENTÍGRADOS A FAHRENHEIT °F -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10

°C -62.2 -56.7 -51.1 -45.6 -40.0 -34.4 -28.9 -23.3 -17.8

°F 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

°C -0.6 0 0.6 1.1 1.7 2.2 2.8 3.3 3.9 4.4

°F 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

°C 21.7 22.2 22.8 23.3 23.9 24.4 25.0 25.6 26.1 26.7

°F 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120

°C 43.9 44.4 45.0 45.6 46.1 46.7 47.2 47.8 48.3 48.9

-0 1 2 3 4 5 6

-17.2 -16.7 -16.1 -15.6 -15.0 -14.4

41 42 43 44 45 46

-5.0 -5.6 -6.1 -6.7 -7.2 -7.8

81 82 83 84 85 86

-27.2 -27.8 -28.3 -28.9 -29.4 -30.0

121 122 123 124 125 126

-49.4 -50.0 -50.6 -51.1 -51.7 -52.2

7 8 9 10

-13.9 -13.3 -12.8 -12.2

47 48 49 50

-8.3 -8.9 -9.4 -10.0

87 88 89 90

-30.6 -31.1 -31.7 -32.2

127 128 129 130

-52.8 -53.3 -53.9 -54.4

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

-11.7 -11.1 -10.6 -10.0 - 9.4 - 8.9 - 8.3 - 7.8 - 7.2 - 6.7

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

-10.6 -11.1 -11.7 -12.2 - 12.8 - 13.3 - 13.3 - 14.4 - 15.0 - 15.6

91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

-32.8 -33.3 -33.9 -34.4 - 35.0 - 35.6 - 36.1 - 36.7 - 38.2 - 37.8

131 132 133 134 135 136 137 138 139 140

-55.0 -55.6 -56.1 -56.7 - 57.2 - 57.8 - 58.3 - 58.9 - 59.4 - 60.0

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

- 6.1 - 5.6 - 5.0 - 4.4 - 3.9 - 3.3 - 2.8 - 2.2 - 1.7 - 1.1

61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

- 16.1 - 16.7 - 17.2 - 17.8 - 18.3 - 18.9 - 19.4 - 20.0 - 20.6 - 21.1

101 102 103 104 105 106 107 108 109 110

- 38.3 - 38.9 - 38.4 - 40.0 - 40.6 - 41.1 - 41.7 - 42.2 - 42.8 - 43.3

141 142 143 144 145 146 147 148 149 150

- 60.6 - 61.1 - 61.7 - 62.2 - 62.8 - 63.3 - 63.9 - 64.4 - 65.0 - 65.6

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VENTILACI N MIN ERA

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2.I.- CONCEPTO Se puede definir como Ventilación de una Mina, al conjunto de trabajos que se realiza para suministrar aire que debe circular por las diferentes labores subterráneas; ya sea por medios naturales o mecánicos, con la finalidad, de obtener un ambiente seguro, saludable y cómodo para los trabajadores durante su jornada de trabajo. 2.2.1.- OBJETIVOS 1.- La distribución racional de la corriente de aire puro dentro de la mina, a fin de suministrar a los trabajadores aire limpio y fresco en cantidades suficientes para su respiración normal . 2.-Reducir las concentraciones de los contaminantes ambientales a niveles tolerables y permisibles. 3.-Regular las condiciones termo-ambientales manteniéndolos en un grado confortable. 4.- Ubicación y determinación de las características que deben tener los ventiladores, principales, secundarios y auxiliares. 5.- Ubicación y determinación de las propiedades que deben tener los reguladores y puertas de ventilación. 6.- Evaluación del papel que desempeña la Ventilación Natural. 7.- Diseño y actualización de planos de ventilación.

2.2 .- PRINCIPIOS BASICOS DE VENTILACION DE MINAS 2.2.1.- Aire de Mina Denominamos aire de mina a una mezcla de gases y vapores, generalmente con material particulado (polvo ambiental en suspensión) que ocupa el espacio creado por las labores subterráneas.. Se trata de aire atmosférico, que al ingresar a la mina sufre una serie de alteraciones en su composición. Si las alteraciones son pequeñas, puede considerarse como aire atmosférico, y lo denominamos Aire Fresco o de Ingreso, y si las alteraciones son considerables, lo describimos como Aire Viciado o de Retorno. Cuando el aire recorre las labores mineras, va recogiendo algunos gases, calor y material particulado producido por las diferentes operaciones mineras.

2.2.2.- Aire Atmosférico El aire normal atmosférico es más o menos una mezcla constante de gases que rodean la tierra y sus componentes en volumen son: Oxígeno Nitrógeno Anhídrido Carbónico Total

20.95% 78.09% 0.93% 100.00%

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.Propiedades Físicas Del Aire DENSIDAD DEL AIRE Se define como la cantidad de la masa de aire contenida en la unidad de volumen, también. Se expresan en :

lbs/pie3 o

Kg/m3 1.325 x Pb

= -------------------460 + T Donde: = Densidad del aire ( Lb / pie 3) Pb = Presión Barométrica (Pulg. de Mercurio) T = Temperatura del aire ( F) La densidad del aire a condiciones normales es: 0.075 Lb / pie3 a una presión barométrica de P = 14.69 PSI y T = 70 F ó Kg/m3 a una presión barométrica de760 mm Hg y una temperatura de 15 C y humedad relativa 60%. 1.295

. PRESION La presión es una propiedad física del aire que interviene en los diferentes procesos de ventilación de una mina. Se define como el empuje que ejerce un fluido sobre las paredes que lo contiene. La presión atmosférica es el peso del aire que rodea la tierra a causa de la presión, y que disminuye a medida que aumenta la altura de la superficie de la tierra. La presión expresada en pulgadas de mercurio se llama Presión Barométrica. Al nivel del mar la presión atmosférica es capaz de soportar una columna de mercurio de 30 pulgadas de alto, es decir la presión barométrica al nivel del mar es 30 pulgadas de mercurio. Una pulgada de mercurio a 32 F de temperatura, pesa 0.49 libras. Una presión barométrica de 30 pulgadas equivaldrá : 0.49 x 30 = 14.7 libras/pulgada cuadrada. La presión que ejerce una columna de aire sobre una superficie dada, se expresa en la siguiente fórmula: P = (Po

H) S

Donde : P = Presión atmosférica. Po = Presión atmosférica normal = Densidad del aire H = Altura de la columna de aire S = Superficie

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TEMPERATURA Es el estado térmico del aire, Indica intensidad de energía, y se mine con termómetros. La temperatura del aire se expresa en grados Centígrados o grados Fahrenheit. Grados Fahrenheit = 9/5 C + 32 Grados Celcius = 5/9 ( F -32) También se expresa en grados absolutos. Las temperaturas absolutas se miden en grados Kelvin º K, en la escala centígrada y grados Rankine º R para la escala Fahrenheit K = R =

C + 273.16 F + 459.69

HUMEDAD DEL AIRE Es la cantidad de vapor de agua contenida en un metro cubico de aire. Se llama aire saturado cuando el aire contiene el máximo vapor de agua para cualquier temperatura y se expresa en %. En la práctica para medir la humedad relativa del aire se realiza a través del Psicrómetro. Según la Ley de DALTON: Pm = Pa + Pv Donde: Pm Pa Pv Ps

= = = =

Presión de la mezcla Presión del aire Presión del vapor. Presión de saturación

Para el aire saturado, la presión de la mezcla es igual a la presión de saturación (Pm = Ps ) y será máxima. La humedad relativa también puede calcularse con la siguiente ecuación: Pv = --- = Ps

0.5 ( Tp - Tw) Po -----------------------x ---Ps 755

Donde:

Po Ps Tp Tw

= Humedad relativa = Presión barométrica del lugar, en mm de Hg = Presión del aire saturado, en mm de Hg. = Temperatura del bulbo seco, en º C = Temperatura del bulbo húmedo, en º C

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2.2.3 FLUJO DE AIRE (Q) Esta referido a la cantidad y calidad de aire que se necesita para ventilar un determinado lugar en trabajo en la mina. Las Leyes del Estado del flujo de aire indican que por una cantidad de aire que circule entre dos puntos, debe existir una diferencia de presiones entre estos puntos. La relación entre la diferencia de presión (H) y la cantidad de flujo de aire (Q) ha sido estudiada por varias personas. Es obvio que si no existe una diferencia de presiones no existe una cantidad de flujo, es decir, si H = 0, Q = 0 . También es obvio que mientras mayor sea H , mayor será Q. En el caso de que el aire que circula subterráneamente donde el patrón del flujo es turbulento (es decir como un río que fluye en los rápidos), la relación entre las dos cantidades puede expresarse en la siguiente formula: H

=

RQ2

en donde: H = pérdida de la presión (Pa) R = resistencia (Ns2/m8) Q = flujo del volumen (m3/s) El termino R de la ecuación se denomina como la resistencia del conducto de ventilación o del ducto al cual se aplica. Para que el aire fluya a través de la mina, es necesario que exista una diferencia de presión entre la entrada y la salida. La diferencia de presiones se debe a causas Naturales (gradiente térmica) o inducida artificialmente por medios mecánicos mediante el uso de ventiladores. La diferencia de presiones se debe a la imposición de alguna forma de presión en un punto, o en una serie de puntos en el Sistema de Ventilación. Para que circule el aire debe proporcionarse galerías para la entrada y salida del aire. Para que circule el aire a través de la mina, es necesario que la energía que dispone la corriente de aire, deberá ser mayor que la energía requerida para vencer la resistencia del conjunto de labores que constituye la mina y que definen los circuitos de ventilación. La presiones de la ventilación de minas, con respecto a la presión atmosférica, puede ser positiva (impelente) o negativa (Extractora). Ejemplos: 1. Calcular la pérdida de presión cuando 4 m3/s de aire circula a través de un ducto que cuenta con una resistencia de 9.3 Ns3/m8. Q = R = p =

4 m3/s 9.3 Ns3/m8 149 Pa

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ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS – UNSCH - 2012 3 Calcular la pérdida de presión por un conducto de aire que circula 4 m /s, que cuenta con una resistencia de 40 Ns3/m8.

2.

Q

=

4 m3/s

R

=

40 Ns3/m8

p

=

640 Pa

El movimiento del aire El control de la corriente de aire Para ventilar las labores de una mina es necesario producir una corriente de aire que fluya en forma constante y sin interrupciones, de tal modo que la mina debe contar con una entrada y una salida de aire en el exterior. Entre estas dos, deberá circular la corriente deventilación. El movimiento del aire como en todos los cuerpos, se establece en virtud de una alteración del equilibrio, es decir la corriente de aire fluye por que la presión del aire disminuye a lo largo de su recorrido o porque existe una caída de presión, del mismo modo que un río corre a consecuencia de la diferencia de alturas. Llevar una corriente de aire por diferentes labores subterráneas, puede lograrse por métodos puramente Naturales o por la combinación de medios naturales y mecánicos. El traslado del aire a las diferentes labores en trabajo a menudo se presenta complicada y costosa, paratrabajo, el ing.en Demuchos ventilación reto hacer la corrientes aire llegue lugares en casosesesunnecesario el que conocimiento de lademecánica de aloslos fluidos, debido a que el aire es un gas y por lo tanto un fluido comprensible, sin embargo en casi todo el trabajo de ventilación podemos considerar el aire como un flujo incompresible, lo cual involucra una importante simplificación en los cálculos,

Tipos de movimiento del aire Se ha observado 2 clases de movimiento circulatorio que se diferencian fundamentalmente tanto en su apariencia como en su regularidad mecánica, estos son: El movimiento laminar, en el que las distintas partículas del fluido se mueven paralelamente en trayectorias separadas ó capas bien ordenadas que resbalan unas sobre otras sin mezclarse; y el movimiento turbulento en el que las partículas se mezclan continuamente formando remolinos, dando una apariencia totalmente irregular. a)

Circulación Laminar

b)

Circulación Turbulenta

El movimiento laminar se presenta rara vez en las minas, solo donde la velocidad de circulación es bastante baja, si la velocidad de circulación va aumentando gradualmente hasta rebasar una velocidad completamente determinada, llamada velocidad crítica, el movimiento laminar se torna turbulento. VENTILACIÓN DE MINAS – UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

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Reynolds estableció un coeficiente que lleva su nombre y se designa por Re, para relacionar las tres magnitudes: Velocidad (v), diámetro (d) y viscosidad dinámica ( ), que caracteriza la forma de circulación de un fluido a través de tuberías. Vd Re = -----Cuyas dimensiones se reducen a la unidad. LT -1 x L Re = -------------- = 1 L2 T -1 En función de la viscosidad absoluta Vd Re = ------g El paso de la corriente laminar a turbulenta se realiza cuando el llamado coeficiente crítico de Reynolds para casos lizos de sección circular es constante e igual a: V crítico d Crítico Re = --------------= 2 320 g Cuando Re < 2 320 el movimiento es laminar Cuando Re > 2 320 “

“

“ turbulento

Método para realizar una medición del flujo de aire Generalmente cuando se hace la medición del flujo, lo que realmente se mide es la velocidad del aire (en pies por minuto o metros por minuto), Area de la sección de la galería a través de la cual fluye el aire expresado en (pies cuadrados o metros cuadrados) y se verifica la dirección de la corriente de aire.

1. Método del tubo de humo El tubo de humo es un sencillo instrumento que nos permite en forma eficiente tomar la dirección y velocidad lenta del flujo de aire. Consiste de un pequeño tubo de vidrio que contiene piedra pómez granulada que ha sido tratada con cloruro estánico fumante. Al quebrar los extremos herméticamente cellados del tubo, pasa el aire a través de este mediante una pera aspiradora, se forma un humo blanco de ácido estanico y clorhídrico en presencia de la humedad del aire. Para determinar la velocidad con el humo producido por el tubo, se mide una distancia dada de la galería y de sección uniforme. Esta distancia se determina por la efectividad con

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que se forme la nube de humo y lo bien que esta pueda observarse. A menudo una distancia de 25 pies es satisfactoria. Se determina el promedio del área para la sección a través de la distancia medida. Basta el promedio de 3 mediciones del área, a menos que el área de la sección sea muy irregular. Las determinaciones son tomadas por una persona con el tubo de humo en la parte superior del flujo de aire y por otra persona con un cronometro en el punto inferior al flujo. Se sueltan nubes de humo en puntos que representan ¼ del área seccional, y se anota el tiempo que demora el humo en recorrer la distancia medida.Cada determinación de velocidad debe tomarse varias veces. Lecturas excesivamente altas o bajas deben descartarse, y el resto debe promediarse. El paso del humo de los cuadrantes de velocidades aproximadamente 10 % mas alta, por lo cual estas deben corregirse. Ejemplo de la medición de una columna de humo Distancia:

25 pies

CUADRANTE Derecha superior Derecha inferior Izquierda superior Izquierda inferior

1 9 13 11 14

ME DICIO NES 2 3 11 12 11 12 11 10 15 13

TOTAL

4 11 out 12 13

5 10 12 10 13

PROMEDIO EN SEG. 10.6 12.0 10.8 13,6

47.00

CALCULOS Promedio final = 47

4 = 11.8 segundos

Velocidad = 60 / 11.8 x 25 = 127.1 pies/min.

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La velocidad es igual a la distancia recorrida por el humo dividida por el tiempo en segundos, multiplicada por 60 para convertir a la velocidad final en pies/min. Corrección para el flujo, 10 %, 127.1 x 90 % = 114 pies/min.

2. Método del Anemómetro El Anemómetro son pequeños aeromotores, en los que una rueda con paletas de aluminio, cuyo número de revoluciones es proporcional a la velocidad del viento, impulsa un mecanismo indicador. Este mecanismo tiene tal graduación, que se puede leer directamente en pies o metros el camino recorrido por el aire en el tiempo de medición. El recorrido dividido por el tiempo de observación en minutos o segundo, de la velocidad del aire El tiempo de medición no deberá ser menor que un minuto. El rango de velocidad de este instrumento varia de 30 a 10,000 pies por minuto Ya que una lectura con anemómetro se toma al cabo de un periodo mas o menos prolongado, como ser un minuto, la lectura es automáticamente un promedio integrado de la velocidad durante dicho periodo. Los instrumentos descansan en rubíes, y por lo tanto están expuestos a calibraciones y correcciones por error si no se manejan con cuidado, o si se emplean en atmósferas polvorientas o corrosivas. Siempre debe mantenerse el instrumento en forma perpendicular al flujo de aire. Para obtener una lectura promedio en toda el área, es necesario mover el anemómetro lento y suavemente de una posición a otra muchas veces durante el periodo de lectura, aunque este constante movimiento pueda causar mas o menos turbulencia y registrar menor velocidad. Los anemómetros de aspas registran una velocidad dentro de más o menos 10 % de la velocidad real. El método común para determinar velocidades de aire en las galerías de una mina es midiendo un punto, es decir sosteniendo el anemómetro en una sola posición en el centro de la sección. Para comparaciones diarias se considera satisfactorias estas mediciones en un solo punto, siempre que se tomen en el mismo lugar. Para determinaciones más precisas deben emplearse métodos de lecturas transversales, ya que la velocidad del aire es mas alta en el centro y menor en los lados. Solamente se justifican métodos transversales precisos en caudales importantes de aire, como ser, para realizar pruebas de la eficiencia de ventiladores, o para determinar relaciones entre presión y volumen. Cuando se toman mediciones en una galería, siempre hay que elegir secciones uniformes y los puntos elegidos deben ser marcados, para su posterior identificación. Ejemplos de lecturas.

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2.2.4. RESISTENCIA DE LOS CONDUCTOS DE VENTILACION (pérdidas de Energía en Conductos de Aire) De la ecuación de Atkinson K P L Q2 H = ----------------A3 La Resistencia de un conducto de ventilación ¿Qué esta afectada principalmente por los términos K, P, L, A y esta dada por la formula S R = K ----- . -----A3 1.2

( N s2 / m 8 )

ó

(kg/m7)

(3 –1)

Donde : K = Coeficiente de fricción S = Superficie del conducto = P . L A = Area o sección del conducto = Densidad del aire. La formula de Atkinson indica que: R. Q2

H =

( 3 –1)

La Resistencia depende de: a). La rugosidad del conducto (K) b). Sus características geométricas (S / A3) c). La densidad del aire que fluye a través de el ( ) Siendo la ecuación (3 – 1) tan sencilla, ha hecho que se pase por alto cuando se considera que dos galerías que tienen las mismas características geométricas, tengan la misma resistencia, por eso es necesario replantear la ecuación (3 – 1) en la forma siguiente: H

=

=

(3 – 2)

S

Donde:

R

R. Q2

K A3

------

(3. 3)

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Ejemplo: Calcular la caída de presión, cuando se quiere avanzar una galería recta de 800 m. sin revestimiento, con las paredes relativamente lisas. Se trata de una galería rectangular de 2 x 3 m. a través de la cual deberá circular un flujo de aire de 130 m3 / min.

Coeficiente de fricción ( K ) La fricción causa una transformación de la energía de trabajo en una energía de calor y esta transformación sucede, cuando aire turbulento pasa por una superficie. Mientras más áspera sea la superficie mayor será la turbulencia, y por lo tanto, mayor la fricción y mayor la pérdida de poder. Por lo tanto, una cañería áspera cuenta con un coeficiente más alto de fricción que una cañería suave. Si se presentan demasiadas obstrucciones en el ducto, se aumenta el factor de “K”.

En los conductos de la mina (galerías, chimeneas, tajeos, etc.) ofrece resistencia al paso del aire srcinando perdidas de energía, estas perdidas llamadas también caídas de presión o perdidas de presión son ocasionadas principalmente por la fricción y choques del aire a su paso por estos conductos. Se ha encontrado una tabla del factor de fricción, aplicada para los conductos (galerías, cruceros, chimeneas posos, etc.) de ventilación usados en las minas subterráneas Tabla No ( )

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El perímetro y el área ( P y A) La relación entre (P / A) determina la forma de un conducto de ventilación y esto juega un papel importante para determinar la resistencia. Hoy en día, la mayoría de los piques son circulares. Los piques circulares presentan una resistencia menor al flujo de aire que los rectangulares (siendo los demás factores los mismos). La forma elíptica de un pique ayuda a reducir la resistencia. Ver tabla No ( ) de las diferentes formas de labores mineras. Un área de corte transversal es sumamente importante para determinar la resistencia de un conducto de ventilación. Desde el punto de la ventilación, mientras mayor sea el conducto de ventilaciones, mejores son los resultados. Sin embargo, al aumentarse el tamaño del conducto se aumenta los costos y podría aumentar el tiempo requerido de excavación. Estos factores deben ser considerados antes de determinarse el tamaño óptimo de un conducto de ventilación.

Longitud (L) Mientras mayor sea la longitud de un conducto de aire, mayor será la resistencia al flujo de aire. Desafortunadamente, poco se puede hacer para reducir este factor puesto que los conductos de ventilación generalmente son creados para extenderse entre puntos fijos de una mina. Los conductos de ventilación deberían, si es posible, ser creados por la ruta más corta posible.

Restricciones a). Soporte El uso de grandes cantidades de madera u otra forma de soporte en un conducto de ventilación aumenta su resistencia al flujo de aire de dos maneras. Primero se reduce el área libre del conducto de ventilación. Segundo, las pérdidas por choque son causadas a medida que el aire golpea estas obstrucciones. Techos con pernos han reemplazado, en muchos casos, a la madera como soportes en los túneles, y en consecuencia han ayudado a reducir la resistencia de estos túneles al flujo de aire. El espaciamiento entre los soportes de un túnel tiene mucha importancia con respecto a la resistencia contra el flujo de aire. Mientras mayor es la distancia entre sí b). Pérdida de entrada y salida Tanto en la entrada y salida de un ducto de ventilación se produce grandes pérdidas de presión, si no se consideran en el diseño, como la súbita reducción de tamaño y curvas cerradas. Las restricciones ocasionadas por las personas y los materiales también pueden ocasionar pérdidas de presión en la entrada y salida de un conducto de ventilación.

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c). Aguas en suspensión Las gotas de agua en suspensión en el aire de un túnel de ventilación pueden aumentar considerablemente la resistencia. Las gotas de agua se srcinan como resultado de la condensación o por agua que se escurre por las fisuras del túnel. Si la velocidad del aire en el túnel es inferior de 7,5 m/s, las gotas de agua se suspenden en el aire. Si la velocidad es superior a 11.5 m/s los gotas de agua son acarreadas fuera del túnel y deben ser capturadas por un Sistema de drenaje efectivo en la parte superior del túnel. Los factores que Afectan la resistencia de un conducto de ventilación al flujo de aire son: 1.La naturaleza de las paredes. 2. La configuración y 3. el tamaño; 4. Restricciones; a. Soporte; b. Transporte 5. Pérdidas de entrada y salida; y Agua

Perdida de Energía por Fricción (Rf) En general, la ecuación de ATKINSON para Hf expresado en pulgadas de agua. Así :

Rf

K P L = --------------- Q2 A3

Donde : .

Rf K P L A Q

= Perdida de energía o caída de presión por fricción (Pulg. De agua) = Factor de fricción (Lb. Min2 / pie4) = Perímetro del conducto (Pies) = Longitud del conducto (pies) = Sección transversal del conducto (Pies 2) = Flujo de aire (pies 3 / min.)

Perdida de Energía por Choque (Rx) Las perdidas de energía se producen por los cambios en la dirección de los flujos de aire o cambios en la sección transversal de los conductos. Estas perdidas se pueden determinar mediante ecuaciones Matemáticas. Las pérdidas por choque pueden presentarse en: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

La entrada de un conducto de ventilación; Obstrucciones en el conducto; Ángulos en el conducto; Aumentos súbitos del tamaño del conducto; Reducciones súbitas del tamaño del conducto; La salida de un conducto.

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Pero con fines prácticos y rapidez de calculo se puede utilizar el método de Longitudes Equivalentes (Le), como se muestra en el cuadro No 2. También se puede usar la ecuación de ATKINSON:

Rx =

KPLe ------------------ Q2 A3

Perdida de Energía Total La perdida total ¿Qué de energía en una labor de una mina es la resultante de la sumatoria de las perdidas por fricción (Rf) y perdida por choque (Rx), esto es: R = Rf + Rx Es el resultado de la suma de las dos ecuaciones anteriores, que nos da en pulgadas de agua. K P ( L + Le) R = ------------------- Q2 5.2 A 3

2.2.5 ESTUDIO DE PRESION (H) Un estudio de presión puede definirse como un a medición de las pérdidas de presión, densidad del aire, cantidades de aire y dimensiones de los conductos de ventilación a través de una mina o porción de ésta. Al efectuar el estudio de la presión, nos compromete a responsabilizarnos sobre la distribución de aire en los diferentes lugares de una mina. Lo que significa mantener las cantidades de aire deseadas en las diferentes secciones de una mina, como también el control de los ventiladores, conductos de ventilación necesarios para ventilar eficientemente nuevas áreas. Al determinar la presión de una mina, nos permite evaluar las condiciones actuales de la mina, cuya información es esencial para la Planificación a futuro de la mina.

3.6.1. Objetivos de los Estudios de presión El resultado de un estudio de presión puede utilizarse para: 1.

2.

Localizar áreas en las cuales la caída depresión es anormalmente elevada. Determinar las cantidades para la resistencia en los distintos conductos de ventilación.

Obtener la información necesaria para las necesidades de Planificación a futuro (es decir, el tipo y tamaño de los conductos de ventilación, funcionamiento de los ventiladores) 3.

4.

Indicar el poder total en las diferentes partes de una mina;

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Determinar si el poder suministrado al aire se está utilizando correctamente;

6.

Indicar las áreas en donde se presenten fugas y/o recirculación del aire.

7.

áreas

3.6.2. Tipos de presiones Cuando el aire circula por una mina se distingue tres diferentes tipos de presiones:

Presión de velocidad (Hv) Es la presión resultante del movimiento del aire. Mientras más rápido se mueve el aire, o mientras mayor sea la velocidad del aire, mayor será la presión de la velocidad del aire y viceversa. La presión de velocidad se mide con un tubo de Pitot o con un medidor frontal conectado a un medidor lateral, como se indica en el dibujo siguiente:

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Si el ducto de ventilación no presenta fugas y si la cantidad de aire, la densidad del aire y el tamaño del ducto permanecen igual sin variación alguna, la velocidad del aire y como resultado la presión de velocidad del aire permanecerá constante a lo largo del ducto. La energía cinética del aire (es decir, la energía resultante de su movimiento) puede ser expresada en términos de presión de velocidad. Por lo tanto, la presión de velocidad es la presión resultante de la velocidad del aire. La presión de la velocidad puede calcularse mediante la siguiente formula: V2 HV = ----------2 Donde: HV V

= = =

Presión de la velocidad en Pa Velocidad del aire en m/s Densidad del aire en kg/m3

Ejemplo: El aire circula a una velocidad de 13 m/s y la densidad del aire es de 1.2 kg/m3, Calcular la presión de velocidad. Respuesta: 13 x 13 x 1,2 m HV = --------------------- ----2 s

m kg ------ ------s m3

=

kg m kg m 101 ---------- = --------- = N s2 s2

=

N 101 ----m2

=

101 Pa

N ------- = m2

Pa

La presión de velocidad siempre es positiva, sin importar si se encuentra en la admisión o en la salida del ventilador. (De la misma manera, la velocidad del aire siempre es positiva). La presión de velocidad depende de la velocidad del aire y de la densidad del aire . Cuando la densidad del aire es constante, los dos factores que pueden cambiar el valor de la presión de velocidad son: VENTILACIÓN DE MINAS – UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

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Fuga de aire (de admisión o de salida) Cambios del tamaño de la columna.

Presión Estática (Hs) También se denomina Presión explosiva lo cual ayuda a visualizarla debido a que la presión estática es la presión ejercida por el aire en las murallas del ducto. La cual tiende a forzarlas a expandirse. Se le denomina presión estática debido a que es la presión en el aire que igualmente existiría aunque el aire no se estuviese moviendo. La presión estática se mide con lo que se conoce como un indicador lateral, el cual se ilustra en el dibujo: Si se debe medir la presión estática a lo largo de una puerta o una pared, la extensión del tubo debe alcanzar en o a través de la puerta o pared de tal manera que la lectura del indicador no

sea afectada por la velocidad del aire que circula por el tubo de extensión. Se debe tener en cuenta que una medición de la presión estática no debe incluir ninguna presión de velocidad resultante del movimiento del aire.

Presión Total (H) Se define como la suma de la presión de velocidad y de la presión estática y se puede expresar de la siguiente manera: HT

=

Hs + Hv

La presión se mide con lo que se conoce como un indicador frontal, como se ilustra en el dibujo:

3.7.. CIRCUITOS EN LA VENTILACIÓN DE MINAS En ventilación de minas hay dos tipos de combinación de galerías por donde fluye el flujo de los sistemas de ventilación; y son flujos en serie a través de galerías en línea y flujos en paralelo a través de galerías con bifurcaciones y ambas se acoplan una después de la anterior formando una red, la cual tiene que ser calculada los volúmenes y resistencias, para conocer la resistencia o estática total de la red y sus volúmenes y poder pedir el ventilador adecuado. Es decir esta red está formada por circuitos en serie y circuitos en paralelo existiendo la necesidad de convertir los circuitos en paralelo en circuitos en serie para tener un solo circuito en línea que nos de un valor de la resistencia que vencer.

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3.7.1.. CIRCUITOS EN SERIE Este circuito tiene las siguientes características: 1. El volumen total es el mismo a través de todo el circuito desde que ingresa el aire a la mina hasta que sale de ella es decir: Q = Q1= Q2 =Q3 = Q4 =. . 2. La resistencia total es igual a la suma de las pérdidas o resistencias de cada una de las galerías por donde viaja el flujo, esto es: H= H1 + H2 + H3 + H4 3. La relación que hay entre H Y el volumen Q del flujo que viaja es igual a RQ2 y podemos decir entonces que H = RQ2 = R1Q21 + R2Q22 + R3Q23 ; = Q2(R1 +R2 + R3 + R4 . . .) 4. Pero como todos los volúmenes son iguales podemos escribir que R = R1 + R2 + R3 + R4. . . 5. En circuitos en serie los requerimientos de fuerza o energía eléctrica son altos, para un determinado volumen, porque los HP para trasladar el peso del aire son acumulativos. 6. En un circuito en serie dentro de una mina de vetas verticales el circuito en sería el siguiente:

a

Circuito en serie con tapones o

b

puertas que impiden el paso de

d

c

volúmenes de aire conforme a

g

necesidades.

e

f

Y su esquema lineal para cálculo de cada una de las H o resistencia es la siguiente: a

b

c

d

e

f

g

Que calculados y analizados nos dice cual es el tramo más resistente en mina que debemos inspeccionar para mejorarlo y ver el modo de reducir esta resistencia.

CIRCUITOS EN P ARALELO Es cuandocuando el flujo se o volumen total esundistribuido dividido en galerías. la ventilación de minas esta haciendo circuito eno paralelo se varias dice que se estáEnhaciendo un splitting y cada ramal del circuito en paralelo se llama split y este circuito paralelo tienen las siguientes relaciones: 1. Cuando el flujo pasa por galerías en paralelo, o galerías que se bifurcan el volumen total es la suma de los volúmenes que pasa por cada ramal, o sea Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 . . . (A) 2. La pérdida de resistencia es la misma a través de cualquier ramal o galería será: H = H1 = H2 = H3 = H4 = . . . . .

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Pero sabiendo que H = RQ2, podemos decir que el H podemos hallarlo conociendo el R y el Q sin necesidad de usar la fórmula de resistencia y de lo anterior podemos decir tambiénque: H L1

Q

R1

H L1

Q1

R1

K. p L

o en su defecto (a)

Q2

y

H L2

R=

H L3

y Q3

R2

R3

Le

5. 2 A 2

Q4

y

H L4 R4

valores que podemos sustituir en (A), de donde tendríamos que:

HL

H L1

H L2

H L3

H L4

R

R1

R2

R3

R4

pero como H = H1 = H2 = H3 = H4=. . . 1

1

1

1

R

R1

R2

R3

1

. . ..

R4 tendremos que: que nos dice que cada R o resistividad involucra a las características de cada galerías o conductos de los cuales queremos conocer sus resistencias, con datos obtenidos en el mapeo de campo que nos

permiten calcular las resistencias de estos conductos. En mina un circuito en paralelo es del siguiente modo:

a

d

b

i e

c

h f

g

Y su esquema para calcular el circuito es el siguiente: d

a

1

i

e b

2 h

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6. El costo de la fuerza eléctrica en HP se reduce fuertemente para una determinada cantidad de aire cuando se establece circuitos en paralelo. Cada tajo debe ser un ramal de un circuito en paralelo para lograr frescura y aire no tan contaminado pero de modo controlado, en la cantidad que requiere este a la velocidad mínima de transporte. Muchos tajos no tienen la velocidad mínima que todo supervisor debe exigir. CIRCUITO DE VENTILACIÓN PRINCIPAL.

Es aquel que tiene establecido el sentido del flujo de aire por sus entradas y salidas. Fluyendo el aire de un punto a otro por efecto de la fuerza de un ventilador

Ejemplo de un circuito principal con , tapones, reguladores y con un ventilador principal y un ventilador secundario

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EJEMPLO CIRCUITOS PRINCIPALES DE VENTILACION

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2.3. CALCULO DE LAS NECESIDADES DE AIRE EN LAS LABORES SUBTERRANEAS LEVANTAMIENTO GENERAL DE VENTILACIÓN 2.3.1. CONCEPTO Es una etapa del estudio de ventilación donde se hace un diagnostico de la mina referido a la ventilación y las condiciones ambientales existentes en la mina. En esta etapa se realiza una serie de cálculos , proyectos o mejoras de ventilación de la mina. Controles que se realizan: Balance del ingreso y salida del aire de la mina Determinar las condiciones termo – ambientales de la mina Evaluar los contaminantes físico u químicos presentes. Diagnostico integral de los circuitos de ventilación. Elaboración de planos de ventilación Proyectos de mejoras.

2.3..2. NECESIDADES DE AIRE EN MINAS A DIFERENTES ALTITUDES La cantidad de aire que ingresa a la mina debe ser suficiente, para cubrir las necesidades de aire que la mina requiere de acuerdo al Reglamento de Seguridad e Higiene Minera . El R.S.H.M. recomienda que para que una mina funcione eficientemente y el personal que permanece durante su jornada de trabajo, no este expuesta a sufrir accidentes, la cantidad de aire necesario se debe calcular bajo los siguientes criterios.

150 Para respiración del personal de acuerdo a la altitud donde se encuentra la mina. De acuerdo al artículo 304 del Reglamento de Seguridad e Higiene Minera que establece 3 metros cúbicos por minuto de aire fresco para cada persona para una jornada de 8 horas de trabajo, cuando la mina se encuentra hasta 1 500 m.s.n.m. Para otras altitudes, se establece la siguiente escala: de 1 500 a 3 000 m.s.n.m. se aumentara en 40 % de 3 000 a 4 000 m.s.n.m. se aumentara en 70 % sobre los 4 000 m.s.n.m. se aumentara en 100 % Q1 = Donde

Q1 = q = n =

q x n Cantidad de aire necesario para el personal (m3/min.) Cantidad de aire mínimo por persona (m3/min.) Numero de personas presentes en la mina por guardia

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150

De acuerdo al uso de Equipos Diesel

De acuerdo al articulo 305 del R.S.H.M. establece un requerimiento de 3 metros cúbicos de aire por cada HP que desarrolla cada equipo Diesel. Q2

=

K x N

Donde: Q2 = Cantidad de aire para uso de equipos Diesel. (m3/min.) K = Cantidad de aire necesario por cada HP (3 m3/min.) N = Numero de HP de los equipos autorizados que trabajan en la mina.

Para diluir contaminantes gaseosos producido por el uso de explosivos. Para calcular la cantidad de aire necesario, se hace uso de fórmulas matemáticas. Para efecto de cálculo práctico puede considerarse 0.040 metros cúbicos de gases por la explosión de dinamita. Q3 =

V. n . A

Q3 =

Cantidad de aire para diluir contaminantes por explosivos (m3/min.)

Donde :

V N == A =

Velocidad delniveles aire 15dem/min. Numero de la mina en trabajo. Área promedio de la sección de los niveles en trabajo (m2)

Para mantener optimas condiciones termo-Ambientales Un ambiente confortable se puede lograr manteniendo temperaturas ambientales que varían entre 18 y 24 ° C con humedad relativa entre 75 y 85 %, sin embargo en la mayoría de las minas los requerimientos de aire para mantener estas condiciones no son de mayor significado, a menos que en ellas se determinen temperaturas superiores a 30 ° C . Q4 = V . n . A Donde : Q4 =

Cantidad de aire para mantener condiciones ambientales 3

ideales (m /min.) V

= Velocidad del aire usando valores de acuerdo a la tabla No 1

n = Numero de niveles en trabajo, con elevadas temperaturas. A = Área promedio de la sección de la labor (m2).

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V.

SISTEMAS DE VENTILACION

VENTILACIÓN NATURAL Y VENTILACIÓN MECANICA 2.4 VENTILACION NATURAL La ventilación Natural se produce cuando existe una energía natural capaz de lograr la creación de una corriente natural de aire, que esta influenciada por la gradiente térmica entre diferentes puntos del circuito de ventilación. Puede ser por el calentamiento o el enfriamiento del aire a su paso, a través de la mina, debido a la temperatura de los terrenos, la oxidación, el enfriamiento de las sustancias arrancadas, el consumo de energía de las maquinas y la absorción de la humedad, también puede causar un tiro natural la absorción de gases específicamente ligeros, especialmente vapor de agua y el efecto de choque del agua al caer. En la mayoría de los casos intervienen varios de estos factores en la creación de un tiro natural, la variación de temperatura y la absorción de humedad crítica paralelamente a sus efectos sobre los cambios de volumen y densidad del aire de la mina se refuerzan mutuamente siendo los principales factores que srcinan el tiro natural. Las gotas de agua resultan favorables en los pozos de entrada y resultan perjudiciales en los pozos de retorno, ya que en los pozos de entrada se aprovecha para reforzar la corriente de aire de 12 a 16 % del trabajo desarrollado por el agua al caer. Pero en los pozos de retorno, en los que el agua se mueve en dirección contraria al viento y choca con el, con mayor velocidad, el efecto retardador puede llegar hasta el 58 % del trabajo de caída de agua, lo que tiene mucha importancia para la inversión de ventilación.

2.4.1 DETERMINACION DEL FLUJO DE AIRE La cantidad de aire que fluye, la cual resultará de la presión de ventilación natural en una mina puede ser calculada o encontrada gráficamente, sin tomar en cuenta la presión de velocidad, la ecuación para la caída de presión estática de mina (o pérdida de presión), se le considera igual a la caída de presión de ventilación natural y se resuelve por volumen:

Q =

5.2 Hn A3 K.P (L + Le)

2.4.2. MEDICION PRÁCTICA DE LA PRESION Una regla práctica para determinar la presión natural es a través de la formula : a). Basándose en la diferencia de temperaturas, la presión natural se puede calcular aproximadamente:

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TU - TD Hn =

---------------- WL

5.2 T Donde : T

= Es el promedio de temperatura absoluta = (TU

+ TD) 2

W = Es la densidad del aire en el punto de referencia deseado. La presión de ventilación natural puede ser medida directamente, para lo cual será necesario seleccionar una galería (preferentemente horizontal) por lo cual circule todo el aire que fluye a

través a la mina. Si se interrumpe el flujo momentáneamente por medio de un tabique, bastara medir la presión manométrica que existe a través del mismo para obtener la pvn. Hay que tener en cuenta que para efectuar esta medición, deberá asegurar que todos los ventiladores que existen en la mina estén apagados. Una vez hecha esta medición, se retira el tabique y se mide el caudal de aire que circula por la mina (Qmn), con lo cual se podrá obtener la resistencia equivalente de la mina :

Rm

pvn = --------Qmn2

Conocida la Resistencia de la mina, se puede calcular su orificio equivalente:

Am

1.19 = ------____ Rm

COMENTARIO Se puede concluir que la presión de ventilación natural, se trata de un fenómeno de naturaleza inestable y fluctuante, en el que pocas operaciones mineras modernas pueden confiar como medio único para ventilar sus labores subterráneas. Generalmente sirve como complemento a la presión artificial suministrada por los ventiladores, debiendo asegurarse que la instalación de los ventiladores actúen en la misma dirección que la pvn existente en la mina.

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2.5 VENTILACION MECANICA Se entiende como ventilación mecánica a la utilización de ventiladores para inducir el flujo de aire en las labores mineras, con el objeto de remover el aire contaminado que se genera en las minas subterráneas. La ventaja notable sobre la ventilación natural, es que se puede regular fácilmente y se puede obtener la cantidad de aire deseada. Se define un ventilador como una turbo maquina con una relación de compresión (presión absoluta de descarga / presión absoluta de admisión), de 1.1 o menos. Cualquier otra turbo maquina que incremente la presión de tal forma que Pd/Pa > 1.1 se denominara soplador o compresor, dependiendo del valor de Pd /Pa que se tenga. Para relaciones de compresión del orden de 1.1, la reducción de volumen que experimenta el aire es del orden del 7 %, lo cual permite asumir que el volumen de descarga es igual al volumen de admisión. Los ventiladores mecánicos generan directamente la corriente de aire por cuanto producen cierta depresión (compresión), según actúen como aspirantes o impelentes. Entre los diferentes tipos de instalaciones que pueden realizarse en una mina, es preciso distinguir:

Ventilación general. En las instalaciones de ventilación general se crea un barrido general del aire viciado, por ello pueden utilizarse extractores, inyectores o la combinación de ambos. Ventilación Localizada.- Esta es siempre necesaria en los casos de evacuar productos peligrosos, cuyas fuentes de producción están localizadas: En las instalaciones de ventilación general se crea un barrido general del aire viciado, por ello pueden utilizarse extractores, inyectores o la combinación de ambos.

2.5.1. Clasificación de los Ventiladores.

a) Desde el punto de vista de su construcción, los ventiladores empleados en minas pueden ser centrífugos y axiales, estos últimos son los más modernos y más empleados. Las leyes generales para los ventiladores son igualmente aplicables tanto para un tipo como para el otro. Solo existe diferencia en cuanto a características de potencia, eficiencia y volumen de aire.

150

Ventiladores centrífugos

En estos ventiladores el aire entra por el canal de aspiración que se encuentra a lo largo de su eje, cogido por la rotación de una rueda con alabes.

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Los ventiladores centrífugos, constan de las siguientes partes : a).- Rotor con un eje., b),- Alabes. c),- Caja d).- Difusor e).- Motor del ventilador Las variables de diseño de los cuales depende las características del ventilador son: 1.- Curvatura de los alabes 2.- Numero de alabes 3.- Forma de los alabes 4.- Profundidad radial de los alabes. 5.- Longitud axial de los alabes 6.- Admisión (por uno o dos lados) 7.- Diámetro del rotor. 8.- Dimensiones del ventilador 9.- Forma de la caja y difusor. 10.- Paleta directrices. 11.- Luz entre l rotor y la caja.

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Ventiladores Axiales

En este tipo de ventiladores, el aire ingresa a lo largo del eje del rotor y luego de pasar a través de las aletas del impulsor o hélice, es descargado en dirección axial. También se les llama ventiladores de hélice. Los ventiladores axiales constan de las siguientes partes: a).- Rotor b).- Alabes c).- Paletas directrices d).- Carema e).- Caja f).- Difusor g).- Motor. Las variables de diseño de los cuales depende las características del ventilador son: De los alabes 1.- Forma 2.3.- Grado Grosorde inclinación 4.- Longitud 5.- Numero Del rotor y caja 6.- Numero de etapas

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7.- Relación de diámetros carena-impeler 8.- Caja y difusor. Estos ventiladores pueden tener su motor montado a continuación del rotor dentro de la propia envolvente o tener el motor exterior por transmisión por correas en V (Ventiladores Jeffrey). Los rendimientos de estos ventiladores axiales han mejorado definitivamente en los últimos años.

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Ventiladores de dirección de flujo mixto

Estos ventiladores tienen la forma exterior aparentemente igual a la de los ventiladores centrífugos, pero el principio de trabajo es diferente

Cuadro comparativo entre Ventiladores centrífugos y axiales. Centrífugos Axiales Ofrece la más alta presión estática Presión estática media Ofrece un flujo mediano Ofrece el más alto flujo de aire Su eficiencia varía entre 60 y 80% Eficiencia entre 70 y 80% Pueden trabajar a altas velocidades Son capaces de trabajar a las velocidades Son ventiladores que pueden (RPM) más altas. considerarse “quietos” si se observa su cueva Presentan una gama de fuerte inflexión e característica inestabilidad Produce menos ruido que las axiales Producen los niveles de ruido más altos Son ventiladores rígidos son más serviciales son más costosos son más serviciales son más costosos

Son más flexibles, es decir versátiles Son más baratos y compactos

Curva característica de los ventiladores La curva característica de un ventilador expresa la relación entre la presión y caudal que produce a una velocidad de rotación (RPM) constante. Si en un sistema de ejes coordenadas se toman como abscisas los volúmenes de aire u como ordenadas las presiones y se miden los volúmenes para diferentes depresiones obtendremos los puntos de la curva que se denomina curva característica del ventilador Cada ventilador tiene su propia curva, la que puede variar cuando se cambian los siguientes factores: a).- Velocidad de rotación b).- Numero y posición de sus alabes. c).- Grado de inclinación de los alabes en los ventiladores axiales. d).- Numero de etapas e).- Potencia del motor.

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2.5.2 Factores que afectan la operación de los ventiladores Entre los factores que afectan la operación de los ventiladores podemos mencionar los siguientes: a).- El diámetro del impulsor y su velocidad de rotación b).- El orificio equivalente del Sistema al que se conecta el ventilador. c).- La región de la curva característica en la que debe operar el ventilador, recomendándose que sea siempre la zona con pendiente negativa. d).- La eficiencia del ventilador, ya que esta define la forma como se esta aprovechando la energía mecánica consumida. De otro modo seleccionar el ventilador adecuado para las necesidades de la mina. e).- La resistencia de la instalación del ventilador. Este factor es de suma importancia sobre todo cuando se tiene minas de baja resistencia, y se instala ventiladores con resistencias mayores al del sistema que esta conectado, lo que ocurre es que se consume la energía disponible, antes de ingresar al sistema que se pretende ventilar. f).- Los corto-circuitos en la instalación de superficie constituye un problema serio en los Sistemas de ventilación de minas, pudiendo reducirse hasta en un 10 % la cantidad de aire que ingresa a la mina.

2.5.3. Selección de ventiladores para minas Existen dos elementos básicos a conocer para la selección de un ventilador: 1.- Las necesidades de aire y 2.Caída de presión mina LasLa necesidades de airededela la mina debe calcularse previamente, cuando se realiza un Levantamiento de Ventilación. La Caída de Presión de la mina también se determina después de haber efectuado la distribución de las corrientes de aire a través de los conductos existentes, donde interviene la resistencia de cada uno de las labores.

2.6. VENTILACION EN LUGARES DE TRABAJO Ventilación Secundaria Se entiende como ventilación secundaria a aquella que sirve para ventilar a una parte de la mina o a una zona determinada, mediante el uso de ventiladores de volumen intermedio.

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SISTEMA DE VENTILACIÓN SECUNDARIA CORRECTO E INCORRECTO

Ventilación auxiliar

Se entiende por ventilación auxiliar, a la que se emplea para mantener un ambiente de trabajo en condiciones adecuadas, estas labores que son parte de la red principal de ventilación de la mina y que se conoce como “frentes ciegos” (avance de desarrollos, profundización de piques, avance de chimeneas, tajeos. Etc)

Objetivos Los objetivos que se consideran en este tipo de labores son: Lograr una adecuada dilución de los gases producido por los disparos, a fin de que no perjudique la salud del trabajador. 2. Mantener las condiciones termo – ambientales en el frente de trabajo, adecuadas para lograr una jornada de trabajo satisfactoria. 1.

Las labores que requieren ventilación auxiliar tienen una sola comunicación con la red principal, lo que impide que se pueda establecer un circuito. La conducción de un volumen de aire hacia estas labores se hace a través de ductos fijos o desmontables, que son los que sirven para alimentar aire fresco a los frentes en trabajo. El aire que ventila estos frentes es impulsado por un ventilador auxiliar, cuyas características técnicas están de acuerdo a las necesidades requeridas para cada tipo de labor.

Ventilación de labores en desarrollo La ejecución de toda labor en desarrollo requiere en forma prioritaria del diseño de un adecuado sistema de ventilación auxiliar, que de acuerdo a las características de las mismas debe comprender los siguientes pasos: a). Planeamiento de desarrollo de la labor.

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b). Cálculo de las necesidades de aire. c). Elección del tipo de ventilación : aspirante o impelente. d). Selección del tipo de ventilación

Planeamiento de desarrollo de la labor En esta etapa el Ingeniero de ventilación o el encargado de la ventilación de la mina debe participar en el planeamiento del proyecto de ejecución de la labor de desarrollo. El éxito de una adecuada ventilación del frente dependerá de las necesidades de ventilación. En el planeamiento se debe considerar las dimensiones de la labor que permita una adecuada utilización de los equipos de ventilación a emplearse, especialmente si se trata de ductos o mangas de ventilación, del mismo modo los costos que demandan los materiales a emplearse.

ALCANCE MÁXIMO DE UN FLUJO DE AIRE QUE INSUFLA O SUCCIONA

UBICACIÓN DE LA MANGA DE VENTILACIÓN EN EL FRENTE DE TRABAJO

Cálculo de las necesidades de aire

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Las necesidades de aire deberán establecerse de acuerdo a las condiciones de operatividad, esto permitirá calcular la cantidad de aire necesario que se necesita para tener una constante renovación de aire. Las necesidades de aire requeridas estará de acuerdo a las siguientes necesidades: a). De acuerdo al número de trabajadores presentes en el frente de trabajo. b). De acuerdo al tipo de explosivo o agente de voladura que se va ha utilizar. c). De acuerdo al equipo de perforación y limpieza que se va ha usar. d). De acuerdo a las condiciones termo– ambientales presentes en cada labor. e). Considerar una cantidad adicional de aire, como factor de seguridad.

Elección del tipo de ventilación Normalmente existe tres formas de ventilación auxiliar: Ventilación Impelente, Ventilación Extractiva y Ventilación mixta (que emplea la combinación de las dos anteriores)

Ventilación Impelente Es la más difundida y de mayor uso en la ventilación de frentes ciegos de desarrollo; su disposición esquemática es como se muestra en la fig. Entre las ventajas que tiene esta modalidad, cuando usa mangas de ventilación flexible, podemos enumerar: Insufla aire fresco al frente donde se encuentra concentrado el personal. 2.- Con forme se avanza el frente, se puede ir aumentando la extensión 1.

manga mayor dificultad. 3.- Sesin puede obtener una mayor evacuación de los gases producidos por disparos del frente. 4.-El ventilador tiene una ubicación permanente.

de

la los

Ventilación extractiva

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Tiene una aplicación restringida pese a su buena performance, el esquema se observa en la fig. Siguiente. Entre las desventajas de este tipo de ventilación se puede enumerar las siguientes: El ventilador, por su ubicación aproximadamente a 25 m. del frente, está expuesto a los disparos. 2. El ventilador debe cambiarse constantemente de lugar a medida que avanza el frente. 1.

3.

La ubicación del ventilador requiere de la implementación de un refugio o ventana en la galería 4.

Se srcina un espacio “muerto” entre el ventilador y el frente de trabajo.

Si las mangas de ventilación tienen huecos o roturas, srcina una recirculación del aire usado. 5.

Sin embargo cuando un ventilador está bien ubicado en un refugio adecuado, se puede mantener un frente limpio libre de gases, siempre y cuando se utilice el aire comprimido como medio auxiliar para la ventilación, esto permite remover el aire en la zona “muerta”.

Ventilación combinada Esta modalidad de ventilación se está utilizando frecuentemente en algunas labores de desarrollo, con longitudes mayores de 300 m. la fig. Siguiente muestra como se combinan los dos sistemas de ventilación descritos anteriormente.

INSTALACIÓN DE VENTILACIÓN AXULIAR COMBINADA TUNELES

INSTALACIÓN DE VENTILACIÓN AUXILIAR EN UNA CHIMENEA

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INSTALACIÓN AUXILIAR PARA TAJOS

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CIRCUITOS DE VENTILACIÓN AUXILIAR PARA POZOS

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AREAS DE LOS SUPERVISORES DE VENTILACION -

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Debe saber cual es el alcance máximo del flujo que se insufla o succiona. La ubicación del final de una manga de ventilación, para ventilar un frente de trabajo. Debe conocer que es un circuito principal de mina, varios circuitos principales dentro de mina, ventilación secundaria y ventilación auxiliar. Debe saber como instalar un sistema de ventilación auxiliar para chimeneas, tajos, frontones, cuerpos. En pozos, en rampas y tajos de minería sin rieles Debe saber como instalar una puerta, cortina, tapón de ventilación. Debe saber la técnica, para instalar un ventilador: principal, secundario y auxiliar. Debe tomar medidas de los factores de ventilación usando diferentes instrumentos tales como:

Para la velocidad: Para medir la velocidad usa desde el tubo de humo con su bombilla y el cronometro hasta diferentes aparatos para medir la velocidad del aire, teniendo entre estos anemómetro, el velómetro, el termo anemómetro y el tubo pilot cada uno en función de las velocidades que el cree que existen y que desea medir. El método de medir con estos aparatos se explicará luego de observar las respectivas diapositivas, fotografías de estos equipos. Para la temperatura: Para esto usa el psicrómetro de revoleo con el cual toma la temperatura sensible del lugar mediante el bulbo seco y toma la temperatura del bulbo húmedo que es el que mide el grado de confortabilidad del lugar para posteriormente calcular el porcentaje de HR. El método de medir con este aparato se indicara después de ver la diapositiva correspondiente. Para la presión: Para medir la presión se usa el barómetro ó el manómetro o los tubos en U, o los altímetros para mapeos de presión.

Para la densidad: Para tal efecto se usa el termómetro, el barómetro y el altímetro para poder calcular posteriormente mediante fórmula la densidad del lugar en que se halla la estación de medición.

Para medir el consumo de energía eléctrica de un ventilador: Para medir la cantidad de corriente que consume un ventilador hacemos uso de la

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pinza eléctrica y el amperímetro con lo que mide el amperaje, el voltaje y el factor de potencia, y en otros casos se requiere de un tacómetro para medir las revoluciones del motor, a parte de proveerse de las curvas de los ventiladores que están trabajando en los circuitos de la mina.

Para medir el área: Para medir el área de las estaciones establecidas o de las que se movieron usamos la wincha metálica con lo que se precisa los lados de las áreas geométricas y usamos fórmulas para calcular el área respectiva. Lectura de planos de ventilación: Para lo cual usamos los planos del último levantamiento donde vimos los resultados del mapeo anterior y tomamos distancias de las galerías o chimeneas incrementadas en longitud para calcular posteriormente las resistencias de cada ramal.

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