VENTILACIN DE MINAS 2013

VENTILACIN DE MINAS2013Ing. Anbal Meza Castaeda

VENTILACIN DE MINASVentilacin de una mina: trabajo realizado para lograr el acondicionamiento del aire que circula a travs de las labores subterrneas, para proporcionar un ambiente seguro, saludable y cmodo para los mineros.Es necesario garantizar una dotacin de aire fresco y limpio a los frentes de trabajo como a las galeras, aprovechando las condiciones naturales de la mina y empleando medios auxiliares cuando fuese necesario.El RSSO en minera (D.S. 055-2010-EM) especifica en el captulo IV VENTILACIN, cinco artculos referidos a este tema los mismos que sern analizados sea por artculos/temas para el presente caso, utilizaremos el Art.236.Es muy necesario conocer el Art.295, sobre operaciones en concesiones de beneficio.IMPORTANCIA DE LA VENTILACIN EN INTERIOR MINAEs un servicio auxiliar que busca introducir aire fresco en cantidad y calidad adecuados requeridos a fin de obtener un grado de confort termo ambiental en los frentes de trabajo, preservando la salud de los trabajadores y mejorando el rendimiento de los mismos.VOCABULARIOAire atmosfrico: es una mezcla de una serie de gases, cada uno de los cuales tiene propiedades fsicas y qumicas propias. La composicin del aire puro y seco:

% en volumen% en masaNitrgeno78.0975.53Oxgeno20.9523.14Dixido de carbono0.030.046Argn, helio, nen0.931.284 Para efectos prcticos, puede considerarse la composicin de 1m3 de aire como sigue: - Nitrgeno 78% - Oxgeno 21% - CO2 + otros gases 1% La densidad del aire al nivel del mar y a 21C es de 1.2 kg/m3 (0.075 lb/pie3)

Aire: elemento indispensable, tanto biolgicamente como para las combustiones y el funcionamiento de los motores. Su constituyente esencial es el oxgeno, al cual se deben prcticamente todos los efectos qumicos del aire.Aire limpio: es aquel que no tiene mezcla con otras partculas (gases nocivos, polvos, humos).Aire fresco: recienteAire nocivo: aire adulterado por la presencia en su contenido de gases, polvos, humos, etc.Aire viciado: el que, por no haberse renovado, se ha empobrecido en oxgeno, se ha cargado el anhdrido carbnico por la respiracin u otras emanaciones.Densidad: relacin entre la masa de un gas o vapor y la masa del aire (en idnticas condiciones de T y presin) ocupa el mismo volumen.Gas ideal (perfecto): es un gas hipottico (supuesto) compuesto de molculas esfricas indeformables, elsticas, exentas de atricciones mutuas, cuya existencia se admite para mayor comodidad de ciertos clculos.Contaminacin del ambiente de trabajo: alteracin indeseable del ambiente de trabajo, referido a la calidad del suelo, agua o aire, a un nivel que pueda afectar la salud y la integridad fsica de los trabajadores en su entorno.Presin: fuerza ejercida a una superficie por un fludo.AIRE DE MINAUna mezcla de gases y vapores generalmente con polvo en suspensin que ocupa el espacio creado por las labores subterrneas. Se trata de aire atmosfrico, que al ingresar a la mina sufre una serie de alteraciones en su composicin.El aire puede ser considerado como atmosfrico si las alteraciones son muy pequeas, nos referimos a el como aire fresco o de ingreso.Aire contaminado: descrito como aire viciado o de retorno. Durante el invierno , cuando el aire en el exterior de la mina es relativamente seco, observar adems la humedad de la atmsfera de la mina. Durante el verano, el proceso se invierte, razn por la cual la mayora de las minas tienden a secarse durante el invierno y volverse hmedas durante el verano.La cantidad de oxgeno consumido por los seres humanos depende del ritmo al que trabajan.

El aire seco inhalado contiene normalmente 20.95% de oxgeno, el aire exhalado contiene aproximadamente 16% de oxgeno y 4% de CO2 y vapor de agua.En la composicin del aire como factor importante es el caudal por unidad de tiempo que fluye a travs de la mina. En condiciones normales, el caudal se especifica de tal modo que los gases contaminantes no alcancen concentraciones que puedan ser peligrosas para el ser humano.Grado de actividadRespiraciones/minutoAire inhalado por resp. (lt)Aire inhalado por min. (lt)Oxgeno consumido por min (lt)En reposo160.508.000.33Actividad moderada301.6048.001.98Actividad intensa402.50100.003.96DESCRIPCIN DE SUS COMPONENTES PRINCIPALESOxgeno (O2) a.1.- Caractersticas: es un gas incoloro, inodoro e inspido de p.e.= 1.91, que se necesita para la: respiracin y la combustin. El aire al ingresar a los pulmones proporciona el oxgeno que es absorbido por los glbulos rojos, siendo llevado este combustible a las diferentes partes del cuerpo mediante la sangre, reaccionando con las sustancias grasas y producindose la combustin y el calor en forma de energa que mantiene la temperatura del cuerpo y con ello la vida misma; como consecuencia de esta combustin genera el anhdrido carbnico que es eliminado del circuito por la exhalacin.Causas Principales de la disminucin del O2 en el aire de interior mina son:Procesos de oxidacin lenta de materias: madera, combustibles, rocas.Combinacin con gases de las rocas, carbones, incendios, respiracin, combustin, polvos de minerales, etc. a.2.- Efectos fisiolgicos por deficiencia de oxgeno 21 a 18%Normal18 a 12%Aumenta el ritmo y profundidad de la respiracin, mareos leves, dolor de cabeza, sueo, desvanecimiento.12 a 10%Lo anterior, dolor de cabeza, vmitos, cianosis (color azulado de la piel debido a trastornos circulatorios)10 a 5%Lo anterior, excitacin intensa, coma, sncope (prdida total del conocimiento)5 a 3%Muerte rpidaLa atmsfera con insuficiencia de oxgeno pueden provocar una incapacidad para moverse y una falta de preocupacin semiconsciente al riesgo de la muerte. En casos de deficiencia de O2, se debe retirar inmediatamente al trabajador del ambiente y llevarlo a un ambiente ventilado, proveerle O2, abrigarlo. a.3.- LMP Mnimo 19.5%.En ambientes con 16% de O2 o menos, se apaga el fsforo o la lmpara de seguridad.En ambientes de 12% de O2 se apaga la vela y la lmpara de carburo. b.- Nitrgeno (N2) b.1.- CaractersticasGas sin color, sabor ni olor de p.e. 0.97, qumicamente inerte.No es nocivo, pero el aumento de su contenido en el aire de minas es perjudicial para el trabajador, ya que causa disminucin del oxgenoCausas principales del aumento del contenido de nitrgeno en el aire de minas son:Putrefaccin de sustancias orgnicas.Desprendimiento de nitrgeno por las rocas y los carbonos (gris contiene total 40% nitrgeno)

c.- Hidrgeno (H) c.1.- Caractersticas: un gas incoloro, sin sabor, de p.e. 0.07. Elemento ms abundante del universo, raro en la atmsfera terrestre (cinco cien milsimas parte de su volumen), pero abundan en el agua ( dos volmenes por uno de O2) y se halla presente, al estado de combinacin, en muchos minerales y en todos los cuerpos orgnicos (Ejm: constituye el 10% del cuerpo humano).ECUACIN DE CONTINUIDADEn ventilacin de minas, esta ecuacin representa la Ley de conservacin de las masas de un fluido que circula por el suelo.DIBUJOEn ventilacin las variaciones de presin que sufre el aire raras veces superan las 0.1 atmsferas 1.47 lb/pulg2 y que el p.e. de un gas directamente proporcional a la presin, se deduce que la variacin puede ser despreciable.Q1= A1*V1 Q2=A2*V2 Q=A*V

LEYES BSICAS PARA EL AIRECaractersticas: el aire de mina se encuentra en movimiento (rara vez en reposo) y su comportamiento se rige por Principios de dinmica de fluidos.La corriente de aire fluye por la diferencia de presiones y de temperaturas a lo largo de su recorrido; si estas diferencias son constantes, la corriente de aire tambin permanecer constante.

b. Leyes (leyes que rigen para los gases) b.1.- Ley de Boyle - MariotteA constante T, los pesos especficos del gas (S) varan en razn directa de las presiones absolutas (P) y en razn inversa de los volmenes (V). S1/S2=P1/P2=V2/V1 P1V1=P2/V2=constante

b.2.- Ley de Gay Lussac A presin absoluta constante: La relacin del volumen a temperatura absoluta es constante e inversa a los pesos especficos del gas. V1/V2=T1/T2=S2/S1A Volumen constante: P1/P2=T1/T2=S1/S2Con el aumento o disminucin de temperatura de 1C desde 0C, el volumen del gas aumenta o disminuye en 1/273 de su volumen. V2= V1(1+ T/273)= V1(1+ 0.00366T)Unin de las leyes de Boyle- Mariotte y Gay-Lussac conducen a la llamadab.3.- Ecuacin general, Ley universal o constante de los gases perfectosP1V1/T1=P2V2/T2=R que puede expresarse de la siguiente forma:

PV=RT R=PV/T El p.e. del aire es: S=1/V=P/RT; kg/m3Donde: R=constante de los gases perfectos; Aire seco= 29.27; Vapor de agua=42.10

En labores subterrneas, a mayor profundidad de presin y la temperatura aumentan, su accin, segn la frmula anterior se compensan y el p.e. del aire no vara mucho es decir es despreciable.b.4.- Ley de DaltonLa presin total de una mezcla de gases y de vapores es igual a la suma de las presiones parciales que tendr cada gas por separado, estando solo.P= Humedad del aire: el aire siempre tiene cierta cantidad de agua. Segn la Ley de Dalton tenemos: P1= pa + pv, donde: Presin parcial del aire seco= Pa; Pv=presin parcial del vaporDonde:S= peso especfico del aire; P= presin absoluta; V= volumen especfico; m3/min; T= temperatura absoluta; K; sub ndices 1 y 2= primera y segunda posicin.n1b.5.- Ecuacin de Bernoulli para gases ideales y para gases realesPara Gases Ideales La ecuacin de Bernoulli representa el principio de la conservacin de la Energa.En ausencia de rozamiento y de compresin del flujo de aire, la suma algebraica de la Presin Esttica(PE) y Presin Dinmica(PD) que actan simultneamente en un punto del ducto, se denomina Presin Total(PT). PT= PE + PD, donde:PE= Presin esttica, presin friccional o presin de resistencia, es la fuerza utilizada para vencer al flujo de aire. Acta en todas las direcciones.PD= Presin dinmica o de velocidad, es la fuerza que se requiere para acelerar el flujo de aire donde el reposo hasta una velocidad determinada. Acta en direccin del flujo.

Hn= Tiro natural producido por la diferencia de presiones entre dos partes del ducto, especialmente en las labores inclinadas y verticales.Hc= Diferencia de presiones dinmicas en la entrada y salida de la mina.Para Gases Reales En ventilacin de minas el aire que s mueve por la mina o por un conducto de aire vence una serie de resistencias H debido a su roce contra las paredes de las labores, al roce mutuo de sus partculas, al cambio de la direccin de la corriente, la velocidad del movimiento del aire.Ecuacin de Bernoulli aplicada a gases reales se escribe: H= Hv Hn Hc , donde:Hv= compresin o depresin producida por un ventilador= P1 P2.Hn= Tiro natural producido por la diferencia de presiones entre dos puntos del ducto, especialmente en las labores inclinadas y verticales.Hc= Diferencia de presiones dinmicas en la entrada y salida de la mina.

+-+-b.6.- Deducciones de las leyes expuestas y de la Ecuacin de Bernoulli

1.A T constante, el volumen de aire vara en razn inversa a las presiones y densidades.2.A Presin absoluta constante, la densidad del aire vara en razn inversa a los volmenes y temperaturas.3. La constante de los gases perfectos es una relacin de presin, volumen y temperatura.4. Con el aumento de la profundidad, la presin y la temperatura aumentan; el peso especfico del aire no vara demasiado.5. La presin de una mezcla de gases y de vapores es igual a la suma de las posiciones parciales.6. El aire siempre tiene una cierta cantidad de agua.7. El aire siempre se mueve en la direccin de menor presin.8. En la ventilacin impelente, la compresin producida por el ventilador disminuye durante el movimiento del aire.9. En la ventilacin aspirante, la depresin de la corriente de aire aumenta al acercarse al ventilador.10. La presin creada por el ventilador y el tiro natural, disminuyen al vencer las resistencias al movimiento del aire.11. Todo aumento de la velocidad del aire provoca la disminucin de la presin del aire y viceversa.1.4.5.- Flujos de aire en Interior Minaa.- CaractersticasEl movimiento del aire en interior mina puede conseguirse en forma natural (diferencia de temperaturas y/o presiones existentes entre 2 puntos) y en forma forzada (ventiladores neumticos o elctricos y sus accesorios).Reynolds demuestra que la naturaleza de los fluidos depende de diferentes factores como son la velocidad, la densidad del fluido, el dimetro del ducto y que estos factores pueden ser combinados e identificados por un nmero sin dimensin conocido como el Nmero de Reynolds (Re), que es usado con modelos a escala.Este Nmero de Reynolds se obtiene de la frmula:

Re= (V* D/ > 2300, donde:Re= Nmero de ReynoldsV= Velocidad media de fluido; m/segD= Dimetro del ducto; m= Viscosidad del fluido; m/seg2b.- Tipos de Flujos de aireEl aire que recorre las labores de interior mina con fines de ventilacin, puede moverse de 3 formas diferentes:

b.1.- Flujo laminar o aerodinmicoEs el movimiento lento del flujo de aire, semejante a hilos separados que no se mezclan entre s y se mueven paralelamente. En las minas se presenta rara vez.A velocidades de aire menores a 5m/min, especialmente en las fugas de aire de las puertas o compuertas de ventilacin. Se da este caso cuando Re< 2300.

b.2.- Flujo crtico o intermedioEs el movimiento transicional, es decir de cambio entre el flujo laminar y turbulento.

b.3.- TurbulentoEs el movimiento en que las partculas del aire se mezclan, chocan entre s y forman remolinos al chocar con las irregularidades de los conductos, al aumentar la velocidad del flujo de aire y ser mayor de 10m/min. Se da este caso cuando Re> 2300.1.4.6 Leyes de SemejanzaLa determinacin de diversos coeficientes de resistencia aerodinmica es bastante complicada dentro de la mina y por esto las investigaciones se hacen tambin sobre modelos en los laboratorios.Se deben cumplir las condiciones de semejanza:Semejanza geomtrica o constancia de escala (longitud, superficie).

2. Semejanza cinemtica o similaridad de caminos recorridos por partculas semejantes en el modelo y la naturaleza, en tiempos iguales.

3. Semejanza dinmica o conservacin de la relacin de las fuerzas aplicadas a partculas similares del modelo y de la naturaleza.

En aerodinmica, las fuerzas bsicas que actan en el aire en movimiento son: las fuerzas de inercia y las fuerzas de rozamiento viscoso; en consecuencia, para la conservacin de la semejanza de dos corrientes de aire (en el modelo y en la naturaleza), es necesario conservar la relacin de estas dos fuerzas.Dos corrientes son semejantes cuando tienen similaridad geomtrica e igualdad de Nmero de Reynolds, es decir las velocidades de movimiento del aire, en la naturaleza y en el modelo, deben ser inversamente proporcionales a las dimensiones del modelo y la naturaleza.