Necesidad de contar con sistemas de ventilación auxiliar en una mina

� Se emplean para la ventilación de frentes de trabajo que tienen:• Una sola conexión a superficie, o• Una sola conexión a superficie, o• Una sola conexión a un ramal de la

red principal de ventilación de la mina.� A estos frentes de trabajo se les denomina

frentes ciegos.

VENTILACION AUXILIAR

Objetivos de la ventilación auxiliar

� Dilución de las concentraciones de gases tóxicos/inflamables y de polvo a niveles aceptables yaceptables y

� Dotar al personal que trabaja en el frente de condiciones termo-ambientales aceptables.

� En estos sistemas de ventilación, el aire fresco se conduce al frente de trabajo:

� A través de un ducto, en cuyo caso la galería sirve de conducto de retorno del aire contaminado, ocontaminado, o

� A través de la galería que conduce al frente, en cuyo caso el aire contaminado es extraído del frente de trabajo a través de un ducto.

En el primer caso, se trataría de un sistema de ventilación auxiliar impelente, mientras que en el segundo, de un sistema de ventilación aspirante.

En ambos casos se requiere contar con:

• Uno o más ventiladores auxiliares para • Uno o más ventiladores auxiliares para impulsar el aire al frente de trabajo o extraerlo de éste, y

• Uno o más ductos de ventilación para conducir el aire fresco o contaminado

Diseño del sistema de ventilación auxiliar

� Cálculo del caudal de aire requerido en el frente de trabajo,

� Selección del ducto de ventilación,� Selección del ducto de ventilación,

� Cálculo de las pérdidas de presión y de las fugas de aire en el sistema,

� Selección del método de ventilación a aplicarse (aspirante, impelente o combinado)

Cálculo del caudal de aire necesario

� Depende de los siguientes factores:� Cantidad y calidad de gases tóxicos generados

por explosivos nitrogenados, fuentes naturales (metano) y humos generados por equipos de (metano) y humos generados por equipos de combustión interna,

� Cantidad y calidad del polvo generado por disparos, carguío y transporte de la roca fragmentada.

Cálculo del caudal de aire necesario

� Para la dilución de gases generados por explosivos:

� Los disparos generan una nube de aprox. 50 m de extensión con un contenido de monóxido de de extensión con un contenido de monóxido de carbono igual a: %CO = 0.6 P, donde P es el peso de explosivo (en kg) empleado para remover un m3 de roca (1.6 @ 1.7 kg/m3).

� El tiempo de reingreso al frente de trabajo es generalmente de 30 minutos.

Cálculo del caudal de aire necesario� Para la dilución de humos generados por equipo diesel:� Deberá dotarse de 3m3/min por cada HP que

desarrolla el equipo diesel utilizado.� Para dotar de aire fresco al personal empleado en el

frente de trabajo:frente de trabajo:� No menos de 3m3/min por persona a nivel del mar y

hasta 6 m3/min para frentes que se ubican por encima de los 3,000 msnm.

� En general, se recomienda mantener la velocidad del aire en la galería entre 30 y 60 m/min.

Selección del ducto de ventilaciónEl ducto de ventilación puede ser flexible (de lona vulcanizada o materiales sintéticos) o rígido (de fibra de vidrio, PVC o metálico).� Ductos flexibles:

� Soportan presiones internas de hasta 8 – 9 kPa.� Se producen en tramos de 5 a 15 m y en diámetros de 300 a

1400 mm. 1400 mm. � No soportan presiones negativas, salvo que lleven refuerzo interno

en espiral, por lo que sólo se pueden emplear en sistemas de ventilación impelente.

� Ductos rígidos:� Se producen en tramos de 2 a 3 m y en diámetros de 300 a

1400 mm. � En el caso de ductos metálicos, se pueden fabricar en obra.� Son durables y soportan presiones negativas, lo que permite su

uso en sistemas de ventilación aspirante.

Caída de presión y fugas de aire

Para el cálculo de la caída de presión a lo largo de una línea de ventilación auxiliar se emplea la fórmula de Atkinson:

� Valores del factor de fricción (K) para:� Ductos metálicos: 0.003 – 0.005 Ns2/m8,

2

3 QA

CLKp =∆

� Ductos metálicos: 0.003 – 0.005 Ns2/m8,� Ductos flexibles : 0.002 – 0.004 Ns2/m8.� Estimación de las fugas de aire a lo largo de la línea de ventilación:

� Depende de la calidad de la instalación y del número de juntas� Varía entre 8 y 10% por cada 100 m para instalaciones de

buena calidad y puede llegar hasta 15% por cada 100 m para instalaciones defectuosas.

Sistemas de Ventilación Auxiliar�Un sistema de ventilación auxiliar puede ser:� Impelente - el ventilador auxiliar se ubica fuera de la labor a

ventilarse y antes del ingreso a ésta. El aire limpio se toma de superficie o de la labor principal de la red y se impulsa al frente de trabajo a través del ducto y barre el frente a una velocidad relativamente alta. El aire contaminado regresa a través de la galería.galería.

� Aspirante - el ventilador auxiliar se ubica fuera de la labor a ventilarse y después del ingreso a ésta. El aire contaminado es extraído del frente de trabajo a través del ducto y el aire limpio que proviene de superficie o de la red principal ingresa al frente a través de la galería.

� Combinado o mixto – una combinación de los anteriores

Ventilación Auxiliar Impelente

Variación de la velocidad del aire en una instalación de Ventilación Auxiliar Impelente

60

70

80

90

100

Vel

ocid

ad d

el a

ire (

%)

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35

Distancia del ducto al frente (en función de su diámetro d)

Vel

ocid

ad d

el a

ire (

%)

5d 10d 15d 20d 25d 30d 35d

Ventilación Auxiliar Aspirante

Variación de la velocidad del aire en una instalación de Ventilación Auxiliar Aspirante

60

70

80

90

100

Vel

ocid

ad d

el a

ire (

%)

0

10

20

30

40

50

0 0 1 1 1

Distancia del ducto al frente (en función de su diámetro d)

Vel

ocid

ad d

el a

ire (

%)

0.25d 0.5d 0.75d d

Ventilación Auxiliar Combinada

2 D (6 a 8 m)Tabique

≤ 0.7 Q

Q

D

( ASPIRANTE / IMPELENTE )

10-12 m

VENTILACIÓN AUXILIAR COMBINADA

Criterios para hacer mediciones de caudales y de presiones en la mina

Consideraciones Generales� Tomar mediciones en todas las labores accesibles que

tengan un caudal de aire importante (más del 5% del caudal total que circula por la mina)Registrar los caudales en todos los ventiladores principales � Registrar los caudales en todos los ventiladores principales del circuito.

� Hacer las mediciones cuando la actividad en la mina sea mínima para evitar distorsiones en las lecturas.

� Verificar la mayor cantidad de lecturas durante el levantamiento.

Mediciones de Caudales y Presiones en la Mina

Medición de caudales� Establecer estaciones de medición permanentes.� Medir la sección transversal de cada estación con la mayor

precisión posible.� Con anemómetro – tomar por lo menos dos lecturas � Con anemómetro – tomar por lo menos dos lecturas

completas en cada sección, hasta lograr un error <5%� Cubrir toda la sección transversal de las labores.� Para secciones típicas (3x4m), considerar no menos de

1 minuto para cada lectura� Para caudales menores de 0.25 m/s, usar tubos de humo.

259

Recorrido del anemómetro

260

Ejemplo de diseño de un sistema de ventilación auxiliar

� Se requiere ventilar el frente de un túnel de 500 m de

longitud que se ubica al nivel del mar, para el cual la

demanda de aire es de 16.5 m3/s.

Se ha decidido utilizar un ducto flexible de 900 mm de � Se ha decidido utilizar un ducto flexible de 900 mm de diámetro, cuya resistencia aerodinámica (R) es de 4.18 Pa por cada 100 m de línea.

� La curva característica del sistema será por tanto la que se muestra a continuación.

Curva característica de un ducto flexible de 900 mm de diámetro de diámetro

Se dispone de dos ventiladores axiales de álabes fijos y de 900 mm de diámetro, cuya curva característica es la que aquí se muestrala que aquí se muestra

Si se superpone la curva característica de esteventilador a la curva característica del ducto de 900 mm de diámetro, se obtiene lo siguiente para diferentes longitudes de la línea de ventilación.

Se puede observar en este gráfico que cuando la línea de ventilación alcance su longitud máxima, uno de estos ventiladores no será capaz de impulsar los 16.5 m3/s que se requieren en el frente.

El comportamiento de este ventilador cuando se le

conecte a 100 m de este ducto, será el siguiente:

Si se superpone la curva característica de dos de estos ventiladores conectados en serie, a la curva característica del ducto de 900 mm de diámetro, se obtendrá lo siguiente para diferentes longitudes de la línea de ventilación, pudiendo ventilación, pudiendo observarse que dos de estos ventiladores conectados en serie, sí podrán satisfacer la demanda de aire fresco del frente de trabajo.

Si se conectara uno de estos ventiladores al inicio de la línea, cuando ésta alcance una longitud de 250 m, ocurrirá lo siguiente

Si en ese momento se conectara el segundo ventilador al inicio de Si en ese momento se conectara el segundo ventilador al inicio de la línea y en serie con el primero, se obtendría lo siguiente:

Si en lugar de conectar los dos ventiladores al inicio de la línea se conectara uno al inicio y otro al final, ocurrirá lo siguiente

Se puede observar aquí que a partir de los 125 m, la línea estaría sometida a presión negativa, lo cual es inaceptable para

un ducto flexible. La solución para evitar este problema será desplazar el segundo ventilador hacia atrás, hasta que toda la línea de ventilación se encuentre sometida a presión positiva.

Si en cambio se conectara el segundo ventilador al centro de la línea (es decir a 125 m del primero), se obtendría lo siguiente:

Es decir, ninguna sección de la línea estará sometida a presión negativa, pero cualquier pequeña fluctuación en el caudal haría

que tramo que se ubica inmediatamente antes del segundo ventilador podría estar sometido temporalmente a una presión negativa, por lo cual esta instalación tampoco sería aceptable.

Si en cambio se instalara el segundo ventilador a 80 m del primero, las condiciones que se obtendrían serían las que se

muestran a continuación:

En este caso se habría reducido al mínimo las posibilidades de que el tramo que se ubica inmediatamente detrás del segundo ventilador se vea sometido a presiones negativas, por lo que

ésta sí constituye una solución aceptable.

Cuando se extienda la línea de ventilación hasta su longitud máxima de 500 m, la situación que se presentaría sería la que muestra a

continuación:

Es decir, se habrá logrado el objetivo de impulsar los 16.5 m3/s de aire fresco que se requieren en el frente de trabajo, sin que exista el riesgo de que alguna sección de la línea de ventilación pudiera estar sometida

a una presión negativa.

Programas de simulación

Existen en el mercado varios programas comerciales que permiten simular el comportamiento del circuito de ventilación de una mina.Los más populares son:

�VNetPC (www.mvsengineering.com), y

�Ventsim (www.ventsim.com).

VentsimVentsim