VENTILACIN SUBTERRNEAIng. Manuel Figueroa GalianoVENTILACION DE MINASIntroduccin Se puede definir la ventilacin de unamina comoel trabajorealizadoparalograr el acondicionamiento del aireque circula a travs de las laboressubterraneas, siendo su objetivoprincipal el proporcionarunambienteseguro, saludable y en lo posiblecmodo para los mineros.OBJETIVOS Proveer el aire necesario para la vida y normaldesempeodeloshombresybuenfuncionamientodelas maquinas y equipos. Diluir y extraer los gases asfixiantes, txicos y/oinflamables que se generan espordica ypermanentemente en la mina. Control de las concentraciones de polvos nocivos para lasalud y perjudiciales para el funcionamiento de lasmquinas y equipos mineros, mediante filtracin,humidificacin, dilucin y extraccin. Control de la temperatura ambiente de la mina mediantecalefaccin refrigeracin. Control de flujos de aire en la mina en casos de incendiossubterraneos.A fin de lograr este objetivo ser necesario: Garantizar unadotacindeairefrescoylimpiotantoalos frentes detrabajo.aprovechando las condiciones naturales y empleando medios auxiliares.El mtodo ms comun para cumplir esta funcin, es hacer circular aire fresco y limpio en forma continua .El diseo de un sistema de ventilacin de mina puede considerarse en dos partes:a) El planeamiento de las necesidades de aire en las labores subterraneas ;yb) El planeamiento de la distribucin del flujo de aire a fin de satisfacer dichas necesidades.La segunda y mas importante es:a) La ubicacin, dimensionamiento y determinacin de las propiedades aerodinmicasde los conductores de aire.b) La ubicaciny dimensionamientode las caractersticas que deberntener losventiladores.c) La ubicacin y determinacin de las propiedades que debern tener los reguladoresy las puertas de ventilacin.d) La evaluacin del papel desempeado por la ventilacin natural.e) El diseo de planos de ventilacin que contemplan la posible falta de ventiladores,incendios, y otras emergencias.PLANIFICACIN DE LA VENTILACIN Antes que una mina empiece a operar, la empresa debe decidirsobre lo siguiente:Que tipo de mtodos de explotacin sern usados?Cuantas reas/secciones se operarn? Cul es la extensin de las reservas y sern estas explotadas con un sistema de chimeneas?Cul es la cantidad y tamao de los tneles a ser explotados?Cul es la profundidad e inclinacin de las reservas?Que servicios se requieren en los socavones?El trazado de la mina y los tiempos de las actividades?CONSECUENCIAS DE UN MAL CONTROL MINEROMal desempeo de los trabajadores, lo que repercute en unamala productividad. Hombre/turno.Se producen enfermedades profesionales: Enfermedadesgeneradas por polvos: Neumoconiosis Ejm. Silicosis, Siderosis,Talcosis,Antracosis, etc.Posibles explosiones o incendios, que se pueden traducir en: Prdidas humanas Prdida de equipos Paralizacin de las tareas.LIMITES MXIMOS PERMISIBLES DE LOS GASES MAS FRECUENTES EN LAS MINAS PERUANAS.GAS GAS EN PPM. EN PPM. (%) (%)O O22- - 19,5%, mnimo 19,5%, mnimoCO CO 25 25 0,0025% 0,0025%NO NOxx55 0,0005% 0,0005%CO CO225 000 5 000 0,5% 0,5%SO SO2255 0,0005% 0,0005%H H22S S 10 10 0,001% 0,001%CH CH445 000 5 000 0,5% 0,5%H H225 000 5 000 0,5% 0,5%Aldehidos Aldehidos 55 0,0005% 0,0005%Fuente: Art. 86.- Reglamento de Segundad e Higiene Minera (MEM).Velocidad del aire en labores subterrneaso En toda labor la velocidad del aire no ser menor de :20 mts./mn ; ni superior a250 mts./mn(0.33 mts./seg. ) (4.2 mts./seg.)o Cuando se emplee explosivo ANFO u otros agentes de voladura la velocidad del aire no ser menor de:25 mts./mn( 0.42 mts./seg.)Art. 204.- Sedotardeairelimpioalaslaboresdetrabajodeacuerdo a las necesidades del personal, las maquinas y paraevacuar los gases, humos y polvos suspendidos que pudieranafectar la salud del trabajador.0.0001,5003,0004,0004,500m.s.n.m. REQUIERE PERSONAREQUIERE EQUIPO DIESEL(m/min) (m/HP)3m/min+100% = 6.0m/min-Hombre3m/min+ 70% = 5.1m/min-Hombre3m/min+ 40% = 4.2m/min-Hombre3m/min3m/min-hp3m/min-hp3m/min-hpDENSIDAD(Kgr/m)0.751.20PRESION(KPa)58103 3m/min-hpAIRE ATMOSFRICOEl aire 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 seco es:% en Volumen % en MasaNitrgenoOxgenoDixido de CarbonoArgn, helio, nen, etc.78,0920,950,030,9375,5323,140,0461,284Para efectos prcticos el aire puro seco es:Nitrgeno 78.09%Oxgeno 20.95%CO2 + Otros Gases 1%La densidad del aire a nivel del mar y a 21 gradoscentgrados es de 1,2 Kg/m3.En atmsferas normales, el aire seco no existe ya quenormalmente contiene un porcentaje variable de vapor deagua (0,1 y 4% de su masa)La masa de un gas determinado presente en un espacio de1m3dependerdesutemperatura ylapresinejercidasobre el mismo.La presinejercida enungas estar constituida por lapresin atmosfrica y las presiones adicionales generadaspor medios mecnicos tales como ventiladores compresores.A partir de los 300 metros de profundidad la temperatura de la roca asciende 1 C cada 33 metros. Deshulle. Complejidad del recorrido de las galeras. Calentamiento de tuberas y maquinas.Oxidaciones.Personal. La humedad del aire en la mina proviene de la humedad que entra del exterior y de la evaporacin de las aguas interiores. Se mide con el higrmetro. Tambin la temperatura se ve modificada por distintas razones: .Para conseguir una buena temperatura ambiente hay que aislar disminuir las fuentes de calor, mejorar la ventilacin y realizar acciones complementarias refrigerantes.En las alturas el % de oxigeno de20,95 % disminuye a19,5 % y su densidad baja de 1,2 Kg/m3 a 0,75 Kg/m3segn altitud.A una altura de aproximadamente 4500 msnm. Ladensidad es de 0,75 Kg/m3, existe una disminucin deoxgeno el cual se debe a que en la altura la presinbaromtrica disminuye y con ello la presin parcial deloxgeno disminuye, disminuye el numero de molculas deoxgeno en un pie Cbico requeridos por la sangre.Por esto cuando inhalamos el aire en la altura sentimos losefectos del sueo, dolor de cabeza, mareos, debido a lapresin y a la menor cantidad de oxgeno.EL AIRE Y LA ALTURAPropiedades del Aire- Densidad.- Gravedad Especfica.- Presin Atmosfrica.- Humedad Relativa. - Temperatura. - ViscosidadAIRE ATMOSFRICO DE LA MINAEl aireatmosfricoal ingresaralaminasufrecambiosensucomposicin. El N2 sube, el O2 baja, aumenta el CO2y tambinse produce aumento de vapor de agua.Existe generacin de gases y polvos que tambien se suman a estanueva composicin aumenta su T , humedad y peso especfico.Causas:Respiracin de los hombresEquipos de combustin internaVoladuras e incendios (Explosivos nitrosos,ANFO)Descomposicin de sustancias materiales minerales y/oorgnicas.Presencia de aguas estancadas.Operaciones bsicas de la explotacin.Talleres de soldadura y otros (humos notrosos)AIRE EXHALADO POR LOS PULMONESEste aire exhalado, ya no es apto para la respiracin normalporque el porcentaje de oxigeno mnimo para respirar es de19,5 % y el mximo permitido de CO2es de 0,5 % por lo quehayque proveersedeaire nuevo para que el CO2 no vayacreciendo y vaya disminuyendo el O2 y la persona muera porasfixia, que es diferente del caso de deficiencia de Oxigenosin aumento de CO2.79 % Nitrgeno 79 % Nitrgeno17 % Oxgeno 16 % Oxgeno4 % Anhdrido Carbnico5 % Anhdrido Carbnico100 % Total 100% TotalPCmI dHPPPP PC6NN dHPPI I dHPI .'H6VI I=HHH=Ho6H JJProyecto ejecucin Raise Borer para VentilacinCAUSAS POSIBLES DE UNA FALTA DEVENTILACIN:Puede ser debida a las siguientes causas, estas son:La profundidaddelamina.No respetar los reglamentos establecidos.Las malas condiciones de los circuitos: longitud, seccin,obstculos, etc.Mala utilizacin de las puertas de ventilacin.Porcentajes altos de gases nocivos.La humedad del aire.En la ventilacin minera existen tres tipos de control :Control de CalidadControl de cantidadControl termo ambientalControl de Calidad.- Asegura que los contaminantes gases y polvos no rebasen los nivelestolerables o permisibles y comprende:Determinacin de los gases nocivos en el ambiente mantenindolos dentro de los nivelespermisibles.Control de polvo ambientalConcentracin en el ambienteTamao de las partculasComposicin mineralgicaTiempo de exposicinControl de Cantidad.- Comprende:Control de velocidad del aireVerificacin del caudal del aire de acuerdo a las normasControl de distribucin del aire dentro de las laboresDeterminacin de perdidas del aire por el circuitoEstudio de las resistencias de las labores minerasEleccin e instalacin de ventiladores y ductos de ventilacinProyectos y comprobacin de las redes de distribucinControl termo ambientalMedidas de temperaturaHumedad relativaVelocidad del airePROPIEDADES FISICAS DEL AIREExpansin: Aumento de volumen de una masa de aire al verse reducida la presin ejercida por una fuerza o debido a la incorporacin de calor. Contraccin: Reduccin de volumen del aire al verse presionado por una fuerza, pero este llega a un lmite y el aire tiende a expandirse despus de ese lmite. Fluidez: Es el flujo de aire de un lugar de mayor a menor concentracin sin gasto de energa. Presin atmosfrica:Fuerza que ejerce el aire a todos los cuerpos,Volumen: Es el espacio que ocupa el aire. Densidad: Es de 1.18*10- g/cm.Contaminantes atmosfricos: las contaminaciones atmosfricas pueden ser gaseosas, de polvo y de microbios; a estas cabe aadirlas de radiaciones ionizantes. El conjunto de estos factores constituye el llamado smog.HUMEDADRELATIVA: La humedad relativa es la humedad quecontiene una masa de aire, en relacin con la mxima humedadabsoluta que podra admitir sin producirse condensacin, a igualtemperatura y presin atmosfrica. Se expresa en tanto por ciento.HUMEDAD ABSOLUTA: La humedad absoluta es la cantidad de vapor deagua presente en el aire, se expresa en gramos de agua por kilogramos deaire seco(g/kg), gramosdeaguaporunidaddevolumen(g/m)ocomopresinde vapor (Pao KPao mmHg). Amayor temperatura, mayorcantidad de vapor de agua permite acumular el aire.PUNTO DE ROCIO: Es latemperaturaalacual el aireseencuentrasaturadodevapordeagua, sedice, cuandolatemperaturadisminuyeseproducelacondensacin. Laprincipal utilizacindel conceptopuntoderoco estaen el campo del aire seco, en donde es el parmetro fundamentalpara indicar la mayor o menor cantidad del mismo.TEMPERATURA SECAHUMEDAD RELATIVAVELOCIDAD MINIMA DEL AIRE (mts/min)24 - 30C 85% 30Mayor o igual85% 120TEMPERATURA (C) GRS/M3P(saturacin)MILIBAR-40 0.119 0.128-20 0.884 1.030 4.85 6.1120 17.3 23.3740 51.19 73.78CAUDAL DE AIRE EN FUNCION DE LA TEMPERATURA DEL AIRE Y HUMEDAD RELATIVAHR = PPARCIAL DEL VAPOR DE AGUA A ESA TEMPERATURA* 100P DE SATURACION A ESA TEMPERATURAEjemplo :Temperatura : 20CPor medicin se tienen 16 g /m3determinar la HR.HR = (16 g /m3) / (17.30 g /m3) * 100HR = 92.5 % (implica que el ambiente puede absorber an 7.5% de agua a esta temperatura).LA DENSIDAD DEL AIRE PESO ESPECIFICO: La densidad relativa o peso especfico de los gases como el aire, es la relacin de la densidad del lugar comparada con la densidad del aire a 0 C y una atmsfera (760 mm de Hg) establecindose la siguiente formula:mar del nivel a aire del densidada de aire del Densidadaire del relativa Densidad min!La densidad del aire a nivel del mar es de 0,075 lb/pie3, auna presin baromtrica de 29,92 pulgadas de Hg.TBd

!46034 . 1La densidad del aire a cualquier altitud se halla utilizando la siguiente formula:Donde:B : Presin baromtrica de lugar, en pulgadas de mercurio (tablas)T : Temperatura de aire obtenido por el bulbo seco en el punto demedicin en que se determina la densidad (R)d : Densidad lb/pie3del aire del lugar.Ejemplo: Cul es la densidad del aire a 100,4F o 38 C cuando elbarmetro marca en ese lugar 17,22 pulgadas de Hg. A la altitud de 14 500pies equivalente a 4 420 m.s.n.m.?Algunas conclusiones lgicas para este punto son:El aire caliente o de alta temperatura es de baja densidad.El aire fro o de baja temperatura es de alta densidadOWWhZ!46027318032100 ! !

!F RC KF Co oo oo oFactor de correccin por altura (z)Relacin entre el peso especfico a una determinada altura y el peso especfico a nivel del mar.Wh : Peso del aire a determinada alturaWo : Peso del aire a nivel del marTemperaturaEs el estado trmico del aire, indica intensidad de energa trmica, las escalas trmicas dinmicas mas usadas son las escalas de grados Celsius y Fahrenheit.Volumen especfico del aire (V)Es el volumen que ocupa un gas por unidades de peso:lb piesWV / 13!A nivel del mar:V= 1 / 0.075 lb/pie3V= 13.33 pies3/lbPRESINBAROMTRICA:El peso del aire de nuestra atmsfera ejerce una presin sobre lasuperficie de latierra. Estapresines conocidacomo presinatmosfrica. Generalmente, cuantomsairehaysobreunazonamsaltaeslapresin, estosignificaquelapresinatmosfricacambia con la altitud. Por ejemplo, la presin atmosfrica es mayora nivel del mar que en la cima de una montaa.Para compensaresta diferencia y facilitar la comparacin entre localizaciones condiferentes altitudes, la presin atmosfrica es normalmenteajustada a la equivalente al nivel del mar. Este ajuste es conocidocomo presin baromtrica.A nivel del mar la presin tiene un valor de 29.92 pulg de Hgigual a 1 atm. e igual a 14.6 lb/pulg2, igual a 760 mm Hg.Comnmente para las diferencias de presin causadas por un flujo de aire, stas se miden en pulgadas de agua. (pulg. de H2O )DETERMINACIN DE LA PRESINATMOSFRICA(DEL LUGAR DE TRABAJO).-g x HR x TP = Po x eDonde:P = Presin atmosfrica a una altitud determinada (KPa)Po = Presin atmosfrica al nivel del mar (100 KPa)H = Altitud a nivel del mar (mts.)T = Temperatura a la altura determinada (rK)T =rK + ? ( T atmosfrica C (n.m.) + T altura mina C A2R = Constante universal del aire (290 J/Kg - K)G = Aceleracin de la gravedad (9.81 mts/seg)Para una altura de trabajo igual a 4 015 m.s.n.m. y una temperatura de 12C (alturamina).Se tiene:- 9.81 x 4 015290 x 286,5P = 100 KPa x eP = 63,2 KPa (1 lb/pulg = 6,895 KPa)P = 9 lbs/pulgAltitud (ft) Presin atmosferica (psi) Presin baromtrica (pulgadas de Hg) Densidad relativa del aire0 14.69 29.92 1.000500 14.42 29.38 0.9811000 14.16 28.86 0.9641500 13.91 28.33 0.9472000 13.66 27.82 0.9302500 13.41 27.31 0.9133000 13.16 26.81 0.8963500 12.92 26.32 0.8804000 12.68 25.84 0.8644500 12.45 25.36 0.8485000 12.22 24.89 0.8325500 11.99 24.43 0.7166000 11.77 23.98 0.7996500 11.55 23.53 0.7867000 11.33 23.09 0.7717500 11.12 22.65 0.7588000 10.90 22.22 0.7398500 10.70 21.80 0.7289000 10.50 21.38 0.7159500 10.30 20.98 0.70110000 10.10 20.58 0.68710500 9.90 20.18 0.67411000 9.71 19.75 0.66111500 9.52 19.40 0.64812000 9.34 19.03 0.63612500 9.15 18.65 0.62413000 8.97 18.29 0.61113500 8.80 17.93 0.59914000 8.62 17.57 0.58714500 8.45 17.22 0.57615000 8.28 16.88 0.564TABLA DE LA PRESIN ATMOSFERICA A DETERMINADA ALTITUD Y PRESION BAROMETRICA - DENSIDAD RELATIVA DEL AIREFACTORES QUE INFLUYEN EN LA TEMPERATURA DEL AIRE DE LA MINA1.- Temperatura del aire exterior.2.- Compresin del aire al descender en la mina.3.- Temperatura de las rocas.4.- Procesos endotrmicos y exotrmicos.5.- Intensidad de la ventilacin.1.- Temperatura del aire exterior: Depende mucho de la estacin del ao (otoo, invierno, primavera, verano) y tambin si estamos de da o de noche (10 a 12C menores que cero).La temperatura del aire exterior debera andar en el orden de 5C (ideal) para evitar por ejemplo congelamiento del agua en galeras de ventilacin, ejerciendo el efecto de reguladores.A veces es necesario calentar o refrigerar el aire, para lo cual recurrimos a la frmula siguiente:W = P * C * (Tf - To) (Kcal/min)donde :C = Calor especfico del gas Cp = 0.24 kcal/kgC (presin cte) P = kilogramos del gas a calentar(aire).W = Caloras necesarias para calentar P kgrs de un gas desde una temperatura To a una temperatura Tf.2.- Compresin del aire (efecto pistn):Para considerar este efecto se utiliza la siguiente frmula :T2= T1 + ( ( V - 1 ) / ( V* R ) )* Hdonde :R = 29.27 Constante gases perfecto del aire seco.V= 1.41 Indice adiabtico.Si reemplazamos nos quedar:T2=T1 + 0.0098 * H T2=T1 + 0.0054 * HT1 y T2 en C , H en mts T1 y T2 en F, H en piesH = Profundidad o diferencia de cota.T1 y T2 = Temperaturas secas.NOTA: La temperatura aumenta en 0.0098 C por cada metro deprofundidad, por tanto, 1 C por cada100 mts de profundidad, es decir, a1000mts. deprofundidad setiene un aumento delatemperaturapor esteconcepto de 10 C.3.- Calor de las rocas:La temperatura externa tiene influencia en la temperatura de las rocas hasta mximo 40 mts.. Ms abajo se supone constante la temperatura, solo se ve afectada por el fenmeno del " Grado Geotrmico".El Grado Geotrmico se define como la medida de la distancia a la cual la temperatura aumenta en 1 grado en las rocas.GG = ( H - hk ) / ( tr - tp ) (mts)Donde: H = Profundidad de la medicin, mts.hk = Profundidad de la zona a temperatura constante.tr = Temperatura a la profundidad H, grados. tp = Temperatura promedio anual del lugar.Tipo de TerrenoGG.(mts) Bituminosos y Petrolferos 10 - 15 Carbonferos30 - 35Metalferos35 - 504.- Procesos Endotrmicos y Exotrmicos:Proceso Endotrmico.-Temperatura internaProceso Exotrmico.- Temperatura externaProcesos Qumicos: Se pueden citar todas las oxidaciones como son1.Oxidacin del carbn ( 80 - 85 % del total en minas de carbn). 2.Putrefaccin de maderas( 80 - 85 % del total en minas de carbn). 3.Oxidacin de la pirita (sistemas de relleno con sulfuros pobres). Evaporacin del agua: Proceso endotrmico que compensa la elevacin detemperatura de los procesos exotrmicos. Es importante recalcar que este tipo deenfriamiento no es deseable de ninguna manera ya que a consecuencia delaumento de la humedad relativa, las condiciones mineras pueden hacerseinsoportables.- Metabolismo del individuo: El hombre libera 100 - 450 kcal/hra. (reposo -vigoroso).- Voladuras: 0,75 kcal/hra / tonelada de Produccin Mensual, parte del calor es absorbido por las rocas.- Lmparas de carburo: 200 BTU/Hra. y las de seguridad un poco menos. Combustin interna de equipos. Generadores y luces de los equipos. Movimiento de masas rocosas (friccin). Prdidas de carga producto del flujo de ventilacin (prdidas por friccin y choque). Caeras de aire comprimido y de agua. La velocidad del aire en las galeras es un importante factor que influye sobre elconfort del personal. Un trabajador no se siente bien en el aire tranquilo.Generalmente su rendimiento aumenta con el aumento de la velocidad del aire, porsupuesto que no en forma lineal, de hecho por arriba de los 5 mts/sg no tieneinfluencia prctica.La estada prolongada del hombre en condiciones trmicas desfavorablesconduce inevitablemente al aumento de la temperatura en el organismo. Latemperatura del hombre puede subir ms de 42C y provocar la muerte.PRESCRIPCIONREGLAMENTARIA: Segn estudios de fisilogos ingleses, laaccin prolongada de las temperaturas mayores de 28C por el termmetro seco( 26C termmetro hmedo) es nociva para el cuerpo humano. A temperaturashmedas de 32 C, no es posible ningn trabajo duraderoALEMANIA: Si la temperatura es mayor a 28C la jornada debe ser reducida a 6horas, inclusive en ambientes muy hmedos, la inspeccin del trabajo puedeordenar que esta disposicin sea aplicada con temperaturas ms bajas.TECNICAS DE ACONDICIONAMIENTO DE AIRECONFORT AMBIENTALTEMPERATURAHUMEDADAMBIENTE RELATIVA