VENTILACION

VENTILACION

INDICE DE MATERIAS.

PROLOGO

PROLOGO DEL AUTOR

CAPITULO IEL AIRE DE MINAS Y SUS CONTAMINANTES

1. El Aire

CAPITULO IIPROPIEDADES FISICAS DEL AIRE

1. Parmetros Bsicos

2. Leyes Bsicas

3. Humedad del Aire

4. Movimiento Laminar y Turbulento

5. Determinacin de Algunos Parmetros

6. Teorema de Bernoulli

CAPITULO IIIRESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL AIRE

1. Teorema de Bernoulli

2. Cada de Presin

CAPITULO IVCIRCUITOS DE VENTILACION

1. Unin en Serie

2. Unin en Paralelo

3. Unin en Diagonal

4. Circuitos Complejos

5. Resolucin de Circuitos de Ventilacin

CAPITULO VVENTILADORES DE MINAS

1. Historia del Desarrollo del Ventilador de Minas

2. Partes Importantes de un Ventilador

3. Clasificacin

4. Formulas Fundamentales

5. Leyes del Ventilador

6. Comparacin de Tipos de Ventiladores

7. Curvas Caractersticas

8. Resolucin de Circuitos con Ventilador

CAPITULO VICAUDAL DE AIRE

1. Clculo de Caudal de Aire

2. Distribucin del Aire en el Sistema de Ventilacin

3. Prdida de Aire en los Circuitos

CAPITULO VIIREGULACION DE CIRCUITOS

1. Clculo de Longitud de Galera a Concretar

2. Clculo del Largo necesario para bajar la Resistencia

Modificando el Area

3. Clculo del Largo necesario de Galeras en Paralelo para

Reducir la resistencia

4. Determinacin del Tamao de un Regulador

CAPITULO VIIIVENTILACION NATURAL

1. Generalidades

2. Ventilacin Natural en Mina Ideal

3. Ventilacin Natural en Mina Real

4. Valores de la Depresin Natural

CAPITULO IXVENTILACION AUXILIAR

1. Definiciones

2. Tipos Bsicos

3. Aplicacin de los tipos Bsicos

4. Descripcin de Ductos

5. Influencia del Dimetro de la Ductera en el Gasto de Energa

6. Importancia de las Fugas de Aire

7. Instalacin de Ductos y Defectos ms Frecuentes en sus Tendidos y Uniones

8. Ventiladores Auxiliares

9. Clculo de un Sistema

CAPITULO XCONSIDERACIONES DE COSTO DE VENTILACION

1. Generalidades

2. Tipos de Galeras v/s Costo de Operacin

3. Diseo Econmico de Galeras

4. Clculo de una Galera Econmica

ANEXOS

Bibliografa

CAPITULO I

EL AIRE DE MINAS Y SUS CONTAMINANTES

EL AIRE

Siendo el aire un fluido bsico de la vida; el cual, al pasar por una mina se altera, su composicin cambia; se define como una mezcla mecnica de gases que, en su estado puro y seco tiene la siguiente composicin:

COMPOSICION DEL AIRE SECO

GAS% en volumen% en peso

Nitrgeno - N278,0975,53

Oxgeno - O220,9523,14

Anh. Carbnico - CO20,030,046

Argn y otros0,931,284

Debe tenerse presente que el aire seco no existe en atmsferas normales. El aire normal es aire hmedo, con contenidos de vapor de agua que varan de 0,1 a 3% en volumen. (en las minas generalmente excede el 1%).

El aire es incoloro, inodoro, sin sabor y sustenta las combustiones y la vida.

1.1 Aire de minas.

Como se dijo, el aire sufre cambios en el interior de una mina: la cantidad de oxgeno disminuye, el anhdrido carbnico aumenta, como tambin la cantidad de nitrgeno y vapor de agua. Adems se agregan al aire diversos gases y polvos. Se considera que el aire de mina se compone de: aire atmosfrico, gases activos (gases explosivos o nocivos que se forman en el interior de la mina) y aire muerto (mezcla de anhdrido carbnico 5 al 15% y nitrgeno 95 a 85%) que puede estar presente en el aire de las minas en una dcimas hasta algunas unidades de por ciento, llamado "soroche".

1.2 La respiracin humana.

La razn primordial para proveer aire limpio y con adecuado contenido de oxigeno es la sustentacin de la vida humana. Como sabemos el sistema respiratorio permite proporcionar oxgeno a la sangre y eliminar anhdrido carbnico. Este constituye una impureza que debe ser controlada y que, si bien es cierto que no es txica, como vamos a ver ms adelante, sobre cierta concentraciones produce graves trastornos en la vida humana.

El ritmo y el volumen de la respiracin y por consiguiente el consumo de oxgeno se incrementan con la actividad fsica del sujeto, como lo indica la tabla que ms adelante se presenta. Ntese que la capacidad respiratoria de un individuo (el volumen de aire inhalado) es varias veces superior al oxgeno consumido.

Antes veamos la composicin general del aire exhalado:

N2 : 79%

O2 : 16%

CO2: 5%

1.3 Cuociente respiratorio (CR).

Es la razn entre CO2 expelido con el oxgeno consumido, en volmenes:

CR=CO2 expelido

O2 consumido

Este "Cuociente Respiratorio" tiene la importancia de relacionar al oxgeno con el anhdrido carbnico y de esta forma, tener un ndice que nos entrega una luz sobre el esfuerzo que hace el organismo humano. A medida que el Cuociente Respiratorio se acerca a la unidad significa que el esfuerzo que la persona est realizando es mayor. Por otro lado, un Cuociente Respiratorio lejos menor que "1" establece a una persona en reposo.

INHALACION DE OXIGENO Y AIRE EN LA RESPIRACION HUMANA

ACTIVIDADREPOSOMODERADAMUY VIGOROSA

Ritmo respiratorio por minuto,12 - 13040

Aire inhalado por respiracin m3/seg. x 103,5 - 1346 - 5998

Oxgeno consumido en m3/seg. x 10-6,4,7033,0447,20

Cuociente respiratorio "CR",0,750,901,00

1.4 Cantidad de aire requerido.

Con los datos de la tabla puede calcularse la cantidad mnima de aire requerido para el proceso respiratorio. Puede tomarse como punto de partida una u otra de las siguientes condiciones:

1) el contenido de oxgeno ser diluido por debajo del lmite recomendado de seguridad;

2) el contenido de dixido de carbono se elevar por encima del umbral lmite. Considerando cada paso por separado.

Dado: Contenido mnimo permisible de oxgeno = 19,5% (segn norma de los E.E.U.U. de Amrica).

Se pide: Calcular el caudal de aire requerido Q en m3/seg. para una actividad vigorosa.

Solucin: La demanda de oxgeno, en actividad vigorosa, es de 47,20*10-6 m3/seg. Se establece el siguiente balance del flujo de oxgeno:

Contenido de oxgeno en el aire de entrada,(menos)Oxgenogastado en respiracin(igual)Contenido de oxgeno en el aire de salida

0,21 Q-47,20*10-6=0,195 Q

Q = (47,20*10-6) / (0,21 - 0,195) = 0,003 m3/seg.

Dado: Contenido mximo de = 0,5 %

Se pide: Caudal Q en m3/seg. para una actividad vigorosa.

Solucin: para actividad vigorosa se acepta cuociente respiratorio, CR= 1; por tanto:

CO2=1*47,20*10-6 m3/seg.

=47,20*10-6 m3/seg.

EL BALANCE DEL CO2

Cantidad de CO2 en el aire de entrada(ms)Cantidad de CO2 expelido en la respiracin(igual)Cantidad de CO2 en el aire a la salida

0,00030Q+47,20*10-6=0,005 Q

Q=47,20*10-6=0,01 m3/seg.

0,005 - 0,0003

Estos clculos nos muestran que se requiere ms del triple de aire para mantener el contenido de bixido de carbono bajo 0,5 % que para tener el contenido de oxgeno por encima del 19,5%. En consecuencia, el requerimiento ms exigente es el de bixido de carbono.

En caso de necesidad, el hombre puede sobrevivir an con menor aire (siempre que el contenido de oxgeno no baje del 16%), pero la atmsfera se vuelve luego intolerable si el oxgeno es insuficiente o el CO2 es excesivo. La prctica industrial recomienda de 280 a 840 lt/min por persona en edificios. De aqu se desprende que aproximadamente 560 lt/min de aire fresco por hombre es todo lo requerido para mantener una atmsfera sana. El reglamento de Seguridad Minera establece que se requiere de 3 m3 por minuto por hombre (3.000 lt/min), considerando un factor de seguridad adecuado al tratarse de ventilacin de minas, donde es posible que mucho aire se pierda.

1.6. Caracterstica del oxgeno.

Es un gas que no tiene olor, color ni sabor; su peso especifico es de 1,11 con respecto al aire.

Es el gas presente en el aire que sustenta la vida y la combustin. El hombre respira mejor y trabaja ms fcilmente cuando el aire contiene alrededor de 21% de oxgeno, que es la cantidad normal que contiene la atmsfera al nivel del mar. Puede vivir y trabajar donde haya menos oxgeno.

En la siguiente tabla se ha colocado los efectos que la disminucin del oxgeno en el ambiente produce en los individuos, debemos considerar que todos estos antecedentes relacionan los porcentajes del oxgeno con la altura desde el nivel del mar, tomando en cuenta situaciones normales.

EFECTOS DE LA DEFICIENCIA DE OXIGENO.

Contenido de OxgenoEfectos

17 %Respiracin rpida y profunda. Equivale a 2.500 m.s.n.m.

15 %Vrtigo, vahido, zumbido en odos, aceleracin latidos.

13 %Prdida de conocimiento en exposicin prolongada.

9 %Desmayo e inconsciencia.

7 %Peligro de muerte. Equivale a 8.800 m.s.n.m.

6 %Movimientos convulsivos, muerte.

Cuando la ventilacin es deficiente, el aire de diversos lugares de la mina puede tener poco oxgeno y mucho anhdrido carbnico. Algunos pases recomiendan que se considere que el aire de la mina es inapropiado para que lo respire el hombre cuando aquel contenga menos del 19% de oxgeno.

La llama de una vela encendida o una lmpara de seguridad de llama se apagar cuando el aire contenga menos 16,25% de oxgeno. Pero, al exponerse a concentraciones entre 16,25 y 12,5% de oxgeno la sangre no puede absorverlo plenamente, se afectan los centros superiores del cerebro y se perturba el juicio. Aunque el hombre no llega a perder el conocimiento sino hasta que el contenido de oxgeno queda por debajo de 12%, nadie deber intentar o permanecer en una atmsfera en la que no pueda arder la llama de una vela o una lmpara de seguridad, a menos que la persona lleve un aparato respirador autnomo.

El oxgeno puro a la presin atmosfrica (1,054 kg/cm2 al nivel del mar) puede inhalarse sin que surtan efectos perjudiciales entre 7 y 40 horas. La inhalacin de oxgeno a presiones ms elevadas causa sntomas en el sistema nervioso central llegando a producir, a veces, cesacin momentnea total de la respiracin.

Las principales causas de la disminucin del oxgeno del aire de minas son: proceso de oxidacin lenta de materias orgnicas (madera de minas, combustibles, etc.), desprendimiento de gases por las rocas, incendios, respiracin de personas, combustin de lmparas y motores etc.

CAPITULO IIPROPIEDADES FISICAS DEL AIRE

1. PARAMETROS BASICOS.

El aire de minas, que es, como sabemos, una mezcla de gases y vapor de agua, se acerca mucho a los gases perfectos, en cuanto a sus propiedades fsicas; recordemos algunas leyes que comnmente sern usadas en este texto.

Densidad es la cantidad de masa de aire contenida en una unidad de volumen:

(=m=G;Kgr*seg2

vg * vm4

donde:

G= peso, kgr;

g = aceleracin de la fuerza de gravedad, m/seg2;

m= masa kgr. seg2/m;

v= Volumen, m3;

Nota: en este libro se usar preferentemente el sistema de unidades m,k,s a causa de un sentido prctico en cuanto a la magnitud de las presiones de ventilacin.

Peso especfico del aire, es el peso G del aire en unidad de volumen:

(= G/v ; kgr/m3En la ventilacin de minas se utiliza el peso especfico standard = 1,2 kgr/m3 que es el peso de 1 m3 de aire, con la presin de 1 atm., temperatura de 15C y humedad de 60%.

De la frmula anterior tenemos:

(= (/g.

El peso especfico indica tambin cuntas veces un gas es ms pesado o ms liviano que el aire.

Volumen especfico es el volumen v y en m3 ocupado por 1 Kgr. de aire a presin y temperatura dadas:

v = 1/G m3/kgr.

Presin, la presin de un gas se expresa en atmsferas absolutas o atmsferas tcnicas.

Por una atmsfera absoluta se entiende la presin po = 1,0333 Kg/cm2 de una columna de 760 mm. de mercurio a 0C y al nivel del mar. Con el cambio de la altura sobre el nivel del mar y de la temperatura, la presin "p" cambia segn la relacin siguiente:

log. p =log. po-a

18,04 - 0,667t

donde:

po=760 mm. de mercurio, presin al nivel del mar;

a=altura sobre el nivel del mar; m;

p=presin en la altura a; mm. de mercurio;

t=temperatura media del aire entre el nivel del mar y el punto considerado; C.

ALTURA; m.s.n.m.05001.0001.5002.000

INDICACION del BAROMETRO; mm. Hg.760716674635598

Presin; m.c.a. 10,339,79,08,68,1

En la prctica para facilitar los clculos se utiliza la atmsfera tcnica o mtrica, igual a 1 kg/cm2 (10 m. de columna de agua) = 737,5 mm. de mercurio.

Como en la ventilacin de minas las presiones encontradas tiene valores muy pequeos, estas presiones se miden en kilogramos por metro cuadrado (kg/m2) o en milmetro de columna de agua (mm. c.a.) los que numricamente son iguales conforme a la definicin hecha de la atmsfera tcnica o mtrica.

La transformacin en mm. de columna de agua de la presin atmosfrica expresada en mm. de mercurio se hace multiplicando los mm. de mercurio por el peso especfico de ste = 13,6 kg/m3.

La presin de una labor minera es:

p = po + ( * h/13,6 ; mm. de mercurio.

donde:

po = presin en la superficie; mm. de mercurio;13,6 = peso especfico del mercurio kg./lt.h = profundidad de la labor, m.

(= peso especfico

Con el aumento de profundidad, la presin aumenta en 9 a 10mm. de mercurio cada m. as en una mina profunda a 3.000 m, la presin es:

p = 760 + 9,5 * 3.000/100 = 1.045 mm. de mercurio,

mayor que la presin normal en 33,5%.

Temperatura. La temperatura del aire se expresa en las minas, en grados Celcius. A veces se utiliza tambin la temperatura absoluta. La relacin entre ambas es:

T = t + 273 K (grados Kelvin).

Donde:

t = temp. en CT= temp. en K.

Por la temperatura normal en ventilacin de minas se toman 15 C.

Calor especfico. Es la cantidad de calor, en caloras, que se necesitan para calentar 1 Kg. de gas de 0 a 1 C.

Para calentar G Kg. de gas de la temperatura t1 a t2 se necesitan W caloras.

W = G C (t2 - t1 )

Se diferencia el calor especfico del aire a presin constante C = 0,24 y a volumen constante C = 0,17 kcal(Kg. grado). El calor especfico del agua es de 0,46 kcal/kg. grado.

Viscosidad es la resistencia del aire a los esfuerzos tangenciales. En los clculos de ventilacin, se utiliza el coeficiente cinemtica de viscosidad "(" m2/seg. Para el aire a t = 15 C, ( = 1,44 * 10-5 m2/seg.

2. LEYES BASICAS.

Leyes Generales:

Ley de Boyle y Mariotte

A temperatura constante

T = cte.

p1=v1=(1

P2v2(2

o tambin:

p1*v1 = p2 * v2 = cte.

Ley de Gay-Lussac

A presin constante

p = cte.

T1=v1=(1

T2v2(2

A volumen constante:v = cte.

p1=T1=(1

P2T2(2

Con el aumento o la disminucin de temperatura de 1 C desde 0 C, el volumen del gas aumenta o disminuye en 1/273 de su volumen.

v1 /v2 =T1 / T2

Si:

T1 = 273 C

T2 = T1 + t

v1/v2 = T1/(T1 + t)

(T1 + t) * v1 = T1 * v2v2 = v1 * (T1 + t)/ T1v2 = v1 * (273 + t)/273

v2 = v1 * (1 + t/273)

v2 = v1 * (1 + 0,00366t).

La unin de las leyes de Boyle-Mariotte y Gay-Lussac conducen a la llamada "Ecuacin general de estado de los gases perfecto".

p*v = R* T

o sea

p1 * v1/T1 = p2 * v2/T2 = R = cte.

Donde "R" es una constante que depende nicamente de la clase de gas de que se trate y es llamada "constante de los gases".

R = 29,27 para el aire seco

R = 47,1 para el vapor de agua.

Ley de Dalton. La presin de una mezcla de gases y vapor de agua es igual a la suma de las presiones parciales que tendra cada gas por separado estando solo:

p =npi

(

1

El peso especfico del aire

Sabemos que

( = 1/v

Si:

v = R*T/p; tenemos que:

( = p/(R*T).Al principio de este captulo dijimos que el aire se acercaba, en sus propiedades fsicas, a los gases perfectos, pero no es as; el aire es un gas compresible y viscoso. Sin embargo, cuando estamos tratando al aire en un sistema de ventilacin de minas, podemos asegurar que su acercamiento a un gas perfecto es real.

Para un "gas real" la "Ecuacin general de estado de los gases perfecto" se transforma como sigue:

p*v/T = R* Z

Donde Z es el Factor de Compresibilidad, que es posible obtener en el siguiente grfico:

Cuando se habla de Ventilacin de Minas, estamos pensando en presiones que, en casos excepcionales podra a llegar a algunos cientos de mm.c.a. o Kgr./m2, Si pensamos exageradamente en 1.000 mm.c.a. tenemos que equibale a "0,1 Kgr./cm2" lo que, al dirigirnos al grfico del Factor de Compresibilidad, tenemos que, para los rangos de temperatura mostrada Z es prcticamente igual a "1". Como consecuencia, entonces, se puede decir que "el aire, en ventilacin de minas, se comporta como un gas ideal".

En cuanto a su viscosidad, vale decir a las fuerzas de frotamiento que se ejercen entre las partculas del fluido, tambin para los efectos de las presiones con que se trabaja en ventilacin de minas, normalmente se considera como un fluido no viscoso.

No podemos decir lo mismo con respecto a la variacin del peso especfico:

( = p/(R*T).

( = constante fluido incompresible

( = variable fluido compresible

El peso especfico vara con la presin y la temperatura.

La variacin de presin se debe a:

Diferencia de cota. Para una variacin de altura de 100 m. la variacin de presin es de 130 mm. de columna de agua ms o menos (1,3%). Si la diferencia de cota es de 1.000 m. la presin vara en unos 1.300 mm. de agua, lo que es muy importante.

Prdidas de carga. Estas son muy variables, normalmente no pasan de unos pocos milmetros dependiendo del tipo de instalaciones y de los ventiladores conectados al sistema.

La variacin de temperatura ya fue analizada anteriormente, una variacin de 20 C significa una variacin relativa del peso especfico del orden del 7%, lo que no es despreciable.

Considerando que al introducir aire en la mina, va a aumentar su presin y su temperatura de acuerdo a la frmula para determinar el peso especfico, el aumento de los dos parmetros hace que la variacin del peso especfico no sea considerable. En general, se admite, para efectos de ventilacin, que una diferencia de cota menor a 200 m. no produce conclusiones errneas al considerar el peso especfico constante.

3. HUMEDAD DEL AIRE.

El aire siempre tiene cierta cantidad de agua formando una mezcla, segn la ley de Dalton la presin de la mezcla ser:

pt = pa + pv ;

donde:

pa= presin parcial del aire seco;

pv= presin parcial del vapor de agua.

Segn la forma como se calcula la cantidad de vapor de agua que contenga el aire tenemos dos tipos de humedad:

Humedad absoluta, es el contenido de vapor de agua, en gramos, en un metro cbico de aire. Mientras ms elevada sea la temperatura del aire, mayor cantidad de vapor de agua puede contener, llegando a un punto donde, con esa temperatura, se tenga el mximo de vapor de agua, en este punto el aire se encuentra saturado, y la presin parcial del vapor de agua es la mxima.

Humedad relativa, es la relacin del contenido de vapor de agua (gr/m3) con el mximo posible que pueda contener a una temperatura dada. Por ejemplo, si tenemos por medicin 10,4 gramos por metro cbico de vapor de agua, a una temperatura de 15 C y a una presin normal (760 mm. de Hg) el contenido mximo de vapor de agua (en el punto de saturacin) a esa temperatura es de 12,8 gr/m3, luego la humedad relativa "(", sera:

( = 10,4/12,8* 100 = 81 %

Tambin se define a la humedad relativa como el cuociente entre la presin parcial del vapor de agua y la presin de saturacin, a igual temperatura:

( = (pv / ps ) * 100 ; %

Para medir la humedad relativa del aire, se usan los siguientes instrumentos:

El Psicrmetro. Consta de dos termmetros iguales, uno de los cuales tiene bulbo envuelto en un trapo hmedo. Los dos termmetros van montados en un soporte que tiene una manilla en ngulo recto que permite hacer rotar el instrumento. El termmetro seco indica la temperatura real; mientras que el otro termmetro, que tiene el bulbo envuelto con un trapo impregnado con agua registra la temperatura que resulta de la evaporacin del agua. El instrumento se hace girar por uno a dos minutos; la velocidad de rotacin apresura la evaporacin y enfra el bulbo. A menor cantidad de vapor de agua en el aire, mayor es la rapidez de la evaporacin del agua del termmetro hmedo y por lo tanto, ms baja la temperatura de este termmetro. Cuando el aire est completamente saturado de vapor de agua, la lectura de los dos ser igual.

Para determinar la humedad relativa con el psicrmetro, se tiene temperatura de termmetro seco y con la diferencia de las dos lecturas (temperatura seca y temperatura hmeda, se entra a tablas que nos dan el porcentaje de humedad relativa.

En la actualidad existen instrumentos que generan la evaporacin de la humedad mediante un pequeo ventilador, sto evita el tener que hacer girar el psicrmetro y con ello, impide que con cualquier golpe contra las paredes, sobretodo en el interior de una mina, se rompa los termmetros.

El Higrmetro. Mide la humedad relativa del aire en base al cambio de largo de un pelo que no tiene grasa, que est de acuerdo con el contenido de vapor de agua en el aire, el alargamiento o acortamiento del pelo, es trasmitido, por medio de un sistema de palanca, al indicador de una escala graduada en porcentaje de humedad relativa.

4. DETERMINACION DE ALGUNOS PARAMETROS.

Peso especfico. El peso especfico del aire puede ser calculado de la siguiente forma:

(=0,465p;Kgr./m3

273 + t

donde:

p= presin baromtrica, mm. de Hg;

t= temperatura del aire, C.

Medicin de la presin en el interior de la mina.

El instrumento que generalmente se usa para medir la presin absoluta, tanto en el interior de la mina como en la superficie, es el "barmetro aneroide". El barmetro corriente de mercurio, el barmetro de estacin y el bargrafo, por las dificultades de manejo y gran sensibilidad, solamente son apropiados para las mediciones en el exterior.

Manmetro ordinario. Este instrumento es comnmente colocado al lado de ventiladores principales, con una rama en la galera de ventilacin y la otra abierta al exterior. Para amortiguar las fuertes oscilaciones del agua, dentro del tubo, se colocan tubos capilares en los extremos, tambin se puede rellenar con perdigones la curva del tubo. Para una buena determinacin, es necesario que el instrumento quede bien sellado, en cuanto a que uno de sus extremos este en un lado de la pared y el otro al otro lado.

El Micromanmetro. Para la medicin de pequeas depresiones (del orden de dos a cuatro mm. de columna de agua) que se encuentra en la determinacin de la ventilacin natural de las minas, as como en trabajos de investigacin, se usan los micromanmetros con escala inclinada. Este micromanmetro permite hacer mediciones bastante precisas ya que su inclinacin hace que con pequeas presiones se produzcan considerables desplazamiento del lquido.

Medicin de la velocidad del aire.

La medicin de la cada de presin, por lo general tiene que estar acompaada de la determinacin del volumen del aire; la medicin de ste (m3/seg.) se hace mediante la ecuacin de continuidad Q=V * A, determinando la velocidad y el rea en el terreno.

Para la determinacin de la velocidad del aire en las minas se utilizan los "Anemmetros" y otros instrumentos.

Anemmetro de paleta. Son pequeos aeromotores, en los que una rueda de paletas de aluminio, cuyo nmero de revoluciones es proporcional a la velocidad del aire, impulsa un mecanismo indicador. Este mecanismo tiene una graduacin tal que permite medir el camino recorrido por el aire, en metros, en el tiempo de medicin. El recorrido dividido por el tiempo, en minutos, nos da la velocidad del aire en m/min. El tiempo de medicin no debe ser menor a un minuto y no necesita rebasar los cuatro minutos. La puesta en marcha y la detencin de un anemmetro se hace por medio de una palanca fijada en el cuerpo del anemmetro. Este instrumento se utiliza para la medicin de velocidades entre 0,2 y 6 m/seg.

Anemmetro sensible a par termoelctrico. Se basa en la medicin de la temperatura de un par termoelctrico de una soldadura que es calentada mediante una resistencia. Al pasar el aire por la soldadura, sta pierde calor, mientras ms velocidad tenga el aire mayor ser la variacin de temperatura; de esta manera se puede registrar la velocidad. El campo de utilizacin de este instrumento es de 0 a 1,5 m/seg.

Tubo de humo. Este sencillo instrumento permite determinar en forma rpida y ms o menos exacta la direccin y velocidad de flujos lentos de aire. El aparato consiste en un tubo de vidrio de 10 mm. de dimetro y 14 cm. de largo, lleno con piedra pmez granulada que ha sido tratada con cloruro estnnico fumante. Al quebrar los extremos hermticamente sellados del tubo y al hacer pasar aire a travs de l, por medio de una pera aspiradora, se forma un humo blanco de cido estnnico y clorhdrico, en presencia de la humedad del aire. El humo producido, sale del tubo y se mueve con la misma velocidad del aire.

Para determinar la velocidad con el tubo de humo, se mide una galera, de seccin uniforme, una distancia (generalmente son dos metros), se suelta una nube de humo y se toma el tiempo que demora en recorrer el espacio determinado. Para su mayor exactitud, cada determinacin de velocidad se puede repetir varias veces. La velocidad se determina con la frmula:

V=60 * w * l

w

(ti

1

donde:

V = velocidad en m/seg;

w = nmero de veces que se mide;

l = largo del camino recorrido por el humo (2 metros);

ti= tiempo determinado cada vez.

Medicin de la velocidad media y del caudal de aire. En una galera la velocidad se mxima en su centro, disminuyendo hacia los bordes, en forma de fajas ms o menos circulares. Para el clculo del caudal de aire, la velocidad que necesitamos saber es la velocidad media. Entre la velocidad mxima (Vmx) y la velocidad media (vm) existe la siguiente relacin:

Vm = (* Vmx.

donde: ( entre 0,75 y 0,80

Dos mtodos son los ms comunes usados para medir la velocidad media de un caudal de aire:

Medicin frente al medidor

Medicin en la seccin.

En el primer caso el operador se coloca frente a la corriente, con la cara hacia el lado que viene el aire, teniendo el anemmetro adelante, con la mano extendida, se le mueve regularmente por la seccin.

Este mtodo se usa slo en galera menores de dos metros de alto y a la velocidad media obtenida se multiplica por c = 1,14.

En el segundo caso, el operador se coloca en la pared de la galera, lo ms escondido posible y hace pasear el anemmetro por la seccin de la galera, para este objeto el anemmetro se sostiene sobre una varilla que se atornilla en la base del anemmetro. En este caso, la correccin de la velocidad media es:

C = (A - 0,4) / A;

Donde:

A es el rea de la galera en m2.

El caudal del aire que pasa por la galera es:

Q = c* v* A, m3/min.

Las dimensiones del rea de la galera se miden con una precisin de hasta 1 cm. En cada seccin se deben hacer dos o tres mediciones con el anemmetro.

CAPITULO IV CIRCUITO DE VENTILACION

Las formas como se encuentran interconectadas las galeras dentro de un circuito de ventilacin deciden la manera como se distribuir el caudal del aire dentro de ellas y cual ser la depresin del circuito. La mayor o menor complicacin en la resolucin de un sistema de ventilacin est ntimamente ligada a las conexiones de las galeras dentro de l.

En ventilacin de minas normalmente nos encontraremos con las siguientes uniones de galeras:

1. UNION EN SERIE.

Se caracteriza por que la corriente de aire se mueve sin ramificaciones, vale decir, si no existen prdidas, el caudal de aire permanece constante.

En cuanto a la resistencia aerodinmica total del sistema es igual a la suma de las resistencias parciales y la depresin total es igual a la suma de las parciales:

Q1 = Q2 = Q3 =..........= Qn

R = R1 + R2 + R3 + ......+ Rn

H = H1 + H2 + H3 +......+ Hn

Veamos un ejemplo grfico donde se ha simulado una serie de galeras las cuales van desde la galera "a" hasta la "l", ambas conectadas a la superficie.

En el dibujo se han colocado tapados, que tambin pueden ser puertas hermticas para guiar en buena forma al aire que recorre el circuito y que cumplan con las caracterstica de las Uniones en Serie. Luego se ha dibujado lo que se conoce como "diagrama equivalente" que no es otra cosa que una simplificacin del diagrama general.

Las caractersticas del circuito sern:

R = Ra + Rc + Re + Rf + Rg + Rj + Rk + Rl

H = Ha + Hc + He + Hf + Hg + Hj + Hk + Hl

Q = Qa = Qc = Qe = Qf = Qg = Qj = Qk = Ql

2. UNION EN PARALELO.

En este tipo de unin, las galeras se ramifican en un punto, en dos o ms circuitos que se unen en otro punto.

Cuando dos o ms galeras parten de un punto y en el otro extremo se comunican con la atmsfera, tambin estn en paralelo, ya que los extremos que salen a la superficie se entiende que tienen igual presin, en este caso la unin en paralelo es abierta, siendo cerrada cuando los dos puntos de reunin se encuentran en el interior de la mina.

La caracterstica bsica de las uniones en paralelo es que las depresiones de los ramales que la componen son iguales, independiente del largo, resistencia y cantidad de aire.

H = H1 = H2 = H3 =................= Hn

El caudal total del sistema en galeras en paralelo, es igual a la suma de los caudales parciales.

Q = Q1 + Q2 + Q3 +................+ Qn

La raz cuadrada del valor recproco de la resistencia aerodinmica del circuito, es igual a la suma de las races cuadradas de los valores recprocos de las resistencias aerodinmicas parciales.

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

Demostracin: Sabemos que H = R * Q2 , utilizando la propiedad bsica de las corrientes paralelas:

H = H1

R * Q2 = R1 * Q12Tambin podemos colocarla de la siguiente forma:

Q/Q1 = R1/R

Q/Q2 = R2/R

Q/Q3 = R3/R

.

.

.

.

Q/Qn = Rn/R

Sacando valor recproco y sumando:

Q1+Q2+Q3+..................+Qn=(1/(R1 + 1/(R2 + 1/(R3 +...+ 1/(Rn)* (R

Q

sabiendo que Q = Q1+Q2+Q3+............+Qn; y dividiendo por (R tendre-mos:

1/(R = 1/(R1 + 1/(R2 + 1/(R3 +.....+ 1/(RnSi se trata de dos galeras en paralelo, tendremos:

1/(R = 1/(R1 + 1/(R2

resolviendo:

R=R1=R2

(1 + R1/R2)2(1 + R2/R1)2

Si las resistencias de las dos galeras son iguales, R2 = R1 = Ra:R = Ra/4

En el caso que se tiene "n" galeras en paralelo con igual resistencia, tendremos:

R1 = R2 = ............................. = Rn = Ra

R = Ra/n2

Calculemos como se reparte un caudal de aire en dos galeras paralelas:

Ha=Hb

Ra * Qa2=Rb * Qb2

Q=Qa + Qb

Ra * Qa2=Rb * (Q - Qa)2

(Ra * Qa=(Rb * (Q - Qa)

Qa=Q

1 + Ra/Rb

Si Ra = Rb

Qa = Q/2

Veamos el esquema que usamos en las uniones en Serie:

Hemos cambiado los tapados o puertas para formar circuitos en paralelo, eliminando el paso de aire por la galera "g". El diagrama equivalente quedara como se muestra a continuacin:

Este sistem a se resuelve reduciendo primeramente las paralelas (d + j) y (e + f + i + h) resultando una galera equivalente "m"; se reducen las paralelas (b) con (c + m + k), resultando "n". Finalmente tenemos una unin equivalente en serie:

CAPITULO VVENTILADORES DE MINAS

HISTORIA DEL DESARROLLO DEL VENTILADOR DE MINAS.

Como ya se dijo, los ventiladores comenzaron a usarse en la ventilacin de minas en la segunda mitad del siglo XIX. Estos eran exclusivos del tipo centrfugo de gran dimetro y velocidad lenta, constantemente fueron evolucionando hasta llegar a los que actualmente se usan; incluso aun quedan en uso algunos ventiladores cuyos modelos datan de principio de este siglo.

Con el nacimiento de la aviacin y el rpido avance de la ciencia aerodinmica, aparece el ventilador axial, los que han resultados eficientes y, por lo tanto, cuentan con un gran prestigio en la industria minera. Despus de la Segunda Guerra Mundial, los ventiladores centrfugos han sido mejorados enormemente sobre la base de los principios aerodinmicos y utilizando aspas con superficie de sustentacin, lo que ha hecho recuperar gran parte del terreno perdido.

PARTES IMPORTANTES DE UN VENTILADOR.

Un ventilador se define simplemente como una mquina rotatoria que expulsa aire en forma continua. Las partes importantes que componen un ventilador y que afectan sus propiedades aerodinmicas son:

Impulsor (Hlice). Es la parte del ventilador que al rotar imparte movimiento al aire.

Carcaza. Es estacionaria y gua el aire hacia y desde el impulsor.

Otras partes de un ventilador y que juegan, tambin, un papel importante en su rendimiento, son las paletas de entrada, difusores o evasores.

CLASIFICACION.

Segn su tipo.

Para el propsito de ventilacin de minas, los ventiladores pueden clasificarse en dos categoras principales:

Radiales o centrfugos. El aire abandona el impulsor en una direccin en 90 respecto al eje del impulsor.

Axial. La forma como el aire es obligado a pasar a travs del ventilador se asemeja al principio de accin de un par tornillo-tuerca; el impulsor tiene el papel de tornillo y la corriente de aire hace las veces de la tuerca. Al girar el impulsor tiene movimiento de avance y de rotacin.

Segn su funcin.

Segn su funcin los ventiladores se clasifican en:

Ventilador Principal o de Superficie. Instalado normalmente en la superficie para ventilar toda la mina, vale decir, por el pasa todo el aire del circuito que sirve.

Ventilador Reforzador. Instalado en un paso principal subterrneo para ayudar al ventilador principal a ventilar un circuito de alta resistencia.

Ultimamente ha aumentado el nmero de ventiladores reforzadores en uso, debido a una mayor concentracin de los trabajos de minera y una profundizacin de stas, lo que ha originado mayor demanda de presin de ventilacin. Al principio era instalado un ventilador reforzado, de tipo axial o radial, similar a los ventiladores de superficie; en la actualidad es comn encontrar verdaderas bateras de ventiladores reforzados de tipo axial, conectados en paralelo o en serie, segn sean las necesidades; con ello se ha concluido una simplificacin de las instalaciones ya que los ventiladores modernos son de propulsin directa y proporcionan una mayor flexibilidad al poder detener o poner en marcha parte de la batera a voluntad y de acuerdo a las experiencias de operacin de la mina.

Ventilador Auxiliar. Instalado en trabajos subterrneos en conjunto con ductos para ventilar una galera de avance o terminal ciego. Para lograr mayor eficiencia en la ventilacin de galeras de avance, en este siglo se han introducido el ventilador auxiliar, su uso tuvo origen en una mayor disponibilidad de energa elctrica y de aire comprimido. Lo compacto del ventilador axial ha hecho que sea preferido para cumplir esta misin.

FORMULAS FUNDAMENTALES.

En el caso de un profesional que se dedica a proyectar un sistema de ventilacin, poco le interesa conocer la forma de calcular los parmetros de un ventiladores, en cuanto a su dimetro, dimetro del impulsor, forma de la carcaza, nmeros de paletas, etc., estos clculos los dominan los fabricantes de ventiladores y ellos entregan los datos ms importantes de estas mquinas; lo fundamental, en nuestro caso, es saber elegir el ventilador ms conveniente en cuanto a su eficiencia, consumo de potencia y que nos asegure un buen servicio.

En este punto veremos las frmulas fundamentales que se deben considerar para determinar la potencia requerida del motor que accionar al ventilador. Para ello, tenemos que considerar lo siguiente: el aire que debemos mover a travs del circuito consume energa debido a las prdidas de presin producidas por la resistencia del circuito, sta energa debe ser vencida por el ventilador al estar en movimiento, pero ste, por ser una mquina, pierde energa por roce en sus descansos, vibraciones, etc.

A su vez el ventilador es movido por un motor, por intermedio de una transmisin, la cual tambin absorbe energa y, por ltimo, tambin consume parte de su energa por cambios de temperatura, prdidas en descanso, etc.; stas son, entonces, las consideraciones que se deben tomar para calcular la potencia del motor:

Siendo:

Q=caudal de aire en m3/seg.

H=depresiones del circuito (presin esttica) en mm.c.a. (Kgr/m2).

Pot=potencia del motor en HP.

(=eficiencia del ventilador, segn sea el tamao, fabricacin y el punto de trabajo del ventilador, su eficiencia vara normalmente entre 70 a 80%.

AHP=potencia necesaria para mover el caudal Q en un circuito cuya depresin es "H", en HP.

BHP=potencia al freno del ventilador, en HP.

DE=eficiencia de la transmisin, vara entre 90% para transmisin por poleas y correas, a 100% para transmisin directa.

ME=eficiencia del motor, vara entre 85 a 95%.

Tendremos:

AHP = (Q * H) / 75

BHP = (Q * H) / (75 *()

Pot=Q * H; HP

75 * ( * DE * ME

La potencia del motor es directamente proporcional a la cantidad de aire y a la prdida de presin del circuito.

LEYES DEL VENTILADOR.

Las leyes de rendimiento bsico de cualquier ventilador se refieren en forma ms adecuada a la velocidad de rotacin, pudiendo determinar como afecta al volumen de aire movido, a la presin capaz de producir y a la energa absorbida por el ventilador. Las relaciones son:

Q N

H N2Pot N3

donde:

Q = caudal de aire movido por el ventilador;

N = velocidad de rotacin del ventilador;

H = presin capaz de entregar el ventilador;

Pot = potencia necesaria para mover el ventilador.

Estas leyes pueden ser aplicadas prescindiendo del sistema de unidades usadas, siempre que sean consistentes. Su importancia radica en que si la resistencia del sistema contra la cual est operando el ventilador no cambia y vara la velocidad de rotacin de ste, se producen efectos considerables en su funcionamiento. Supongamos que aumentamos la velocidad del ventilador al doble:

N2 = 2 * N1

Caudal : Q N, entonces:

Q2 = 2 * Q1

El caudal que mueve el ventilador aumenta al doble.

Presin: H N2, entonces:

H2 = 4 * H1La presin se aumenta cuatro veces.

Potencia : Pot N3, entonces:

Pot2 = 8 * Pot1La potencia necesaria aumenta ocho veces.

Esto ltimo es lo que verdaderamente es necesario recalcar, o sea una decisin de aumentar la velocidad del ventilador tiene efectos considerables en la energa requerida.

COMPARACION DE TIPOS DE VENTILADORES.

Las principales caractersticas y diferencias entre los distintos tipos de ventiladores son:

Ventiladores centrfugos radiales.

Los ventiladores de flujo radial se usan en las tres clasificaciones de ventiladores para mina; segn sea la configuracin de las aspas, en relacin con la direccin de rotacin, se tiene:

Ventilador de aspas inclinadas hacia adelante.

Ventilador de aspas radial.

Ventilador de aspas inclinadas hacia atrs.

Los tres tipos de forma de aspas proporcionan rendimientos diferentes. Los ventiladores de aspas inclinadas hacia adelante, que incluyen los ventiladores de aspas mltiples, dan presiones mayores que los otros, sin embargo son de eficiencia baja (65 a 75% como mximo). Los ventiladores de aspas radiales no tienen ventajas definidas y los que actualmente estn en uso son ventiladores instalados antiguamente y que no han sido cambiados.

Los ventiladores de aspas inclinadas hacia atrs son bsicamente ms eficientes que los otros tipos y el desarrollo de aspas con una seccin de superficie de sustentacin ha incrementado an ms su eficiencia acercndose a valores de 90%; con esta caracterstica este ventilador ha resultado ser un serio rival para los ventiladores axiales.

Los ventiladores radiales pueden ser de entrada doble o simple, consistiendo la primera, virtualmente, de dos ventiladores montados de espalda uno contra otro en el mismo eje. Estos ventiladores tuvieron un gran desarrollo en las minas de carbn a principios de siglo, pero en las instalaciones superficiales modernas, considerando la mayor demanda de presin que de volumen de aire, ha favorecido el uso de los ventiladores de entrada simple.

La carcaza de estos ventiladores es de forma espiral y, normalmente, metlica; sin embargo, tambin suele ser de concreto. Cualquier modificacin en el dimetro del impulsor, requiere una modificacin de su carcaza para mantener su eficiencia.

El ventilador radial puede generar presiones bastantes ms altas que un ventilador de flujo axial, por ello, muchas veces, se le prefiere en una ventilacin auxiliar; su principal limitante es la forma de su carcaza, con relacin a como entra y sale el aire de l. El desarrollo de un ventilador radial en lnea ha eliminado este inconveniente, pero tambin, baja su propiedad de dar alta presin.

Ventilacin de flujo axial.

Un ventilador con impulsor corriente con aspas rectas, es el aparato ms sencillo para mover el aire. Pero, sus caractersticas de rendimiento seran inaceptablemente bajas. En las aplicaciones mineras, el trmino de ventilador de flujo axial se refiere, generalmente, a un ventilador con aspas de seccin con superficie de sustentacin, acondicionado en una carcaza resistente y que, a menudo, tiene aspas guas para rectificar el movimiento del aire y mejorar su eficiencia. Su poca capacidad para producir presin respecto al ventilador radial se supera agregando ms de una etapa, teniendo el inconveniente de aumentar el largo de las instalaciones.

CURVAS CARACTERISTICAS.

Al igual que las galeras de ventilacin de una mina, los ventiladores tambin pueden ser representados en un sistema de coordenadas "H-Q" mediante una curva llamada Curva Caracterstica del Ventilador; al denominarla "caracterstica", se refiere a una mquina determinada, con dimensiones geomtricas y velocidades de rotacin propias.

Curva caracterstica de un ventilador centrfugo.

Por construccin el ventilador centrfugo tiene una relacin matemtica, entre el caudal y la presin, que obedece a la frmula: H = a - b * Q; representando entonces a una recta donde "a" es funcin de la velocidad tangencial, del peso especfico del aire y de la fuerza de gravedad y "b" depende de la velocidad tangencial; de la velocidad radial; del dimetro, ancho y ngulo de curvatura de los labes; del peso especfico del aire y, por ltimo, de la fuerza de gravedad. Cualquier variacin de estos parmetros, significa un cambio en la curva.

Esta ecuacin implica el hecho que el rotor debe tener un nmero infinito de labes, lo cual en la realidad no es posible conseguir; al tener un nmero finito de labes se producen prdidas por la formacin de remolinos entre los labes.

Adems debe considerarse que tambin se producan prdidas por rozamiento del aire con la carcaza y el impulsor o rotor y prdidas por choque; las prdidas por rozamientos aumentan a medidas que la velocidad del aire es mayor o, que es lo mismo, que aumenta el caudal, en cuanto a las prdidas por choque se hacen mayores en los dos extremos, con poco y mucho caudal.

Curva caracterstica de un ventilador de flujo axial.

Iguales consideraciones se pueden hacer en la representacin grfica de un ventilador de flujo axial, resultando una curva caracterstica similar a la del centrfugo en cierto rango de caudal.

La caracterstica principal de la curva de un ventilador axial es que existe una inclinacin distinta donde disminuye su presin a medida que decrece su caudal. Esta caracterstica se conoce como "atascamiento" y proviene del desprendimiento de corrientes de aire desde la superficie de las aspas; se produce una turbulencia y con ello se reduce la habilidad de la superficie de sustentacin para producir presin. En algunos casos el efecto de atascamiento puede ser demasiado grave y el ventilador entra en "zafarrancho", vibra visiblemente y sus aspas pueden caer en lo que se llama fatiga, lo cual suele producir la violenta ruptura de ellas.

En general, mientas mayor sea el ngulo del aspa del ventilador o el ngulo de ataque, el que queda definido como el ngulo formado por la direccin del aire con la cuerda del aspa, ms grave ser el efecto de atascamiento. Para asegurar que el ventilador no entrar en zafarrancho se debe considerar slo una porcin de su curva caracterstica.

En cualquier ventilador se puede variar su caracterstica al alterar su velocidad, de acuerdo a las leyes estudiadas en el punto 5. Si el ventilador est conectado al motor mediante una propulsin convencional, cambiar su velocidad de rotacin implica variar la relacin de poleas y correa de propulsin o cambiar el mecanismo interno de la caja de engranaje; tales cambios no son fciles de efectuar, ni menos a intervalos frecuentes. La variacin del servicio del ventilador, a velocidad constante, se puede lograr por otros medios:

a) Colocacin de un Regulador. Esto consiste en estrangular la entrada o salida del ventilador; es el mtodo ms barato, pero, significa un consumo de energa que no se aprovecha, equivalente a la energa que disipa el regulador.

b) Variacin de las aspas (paletas). En el caso de un ventilador de flujo axial, las paletas pueden ser de inclinacin ajustable, lo cual, incluso, se logra, en la actualidad, sin detener la mquina. La variacin de ngulos de paletas produce una familia de curvas caractersticas de un ventilador axial, a velocidad fija, ampliando considerablemente el rango de servicio del ventilador.

c) Cambio de revoluciones del motor. Hoy en da esta posibilidad es totalmente cierta, existen cajas elctricas que permiten cambiar la frecuencia del motor elctrico y con ello variar su velocidad de rotacin a voluntad, sin afectar su eficiencia, se trata de los convertidores de frecuencia.

Ventilador Axial.

Ventilador Centrfugo.Curvas Caractersticas de un Ventilador Centrfugo.

CAPITULO VI

CALCULO DEL CAUDAL DE AIRE

En un proyecto de ventilacin, el primer problema que hay que afrontar, se refiere a la cantidad de aire que los ventiladores movern dentro de la mina, son varios los factores que se deben tomar en cuenta para lograr el caudal ms conveniente. Adems, cuando se trata de ventilar minas metlicas, el volumen de aire requerido no es constante durante un turno, variando desde un mnimo en el intervalo entre disparos, importantes durante los disparos y mximos despus de explosiones en masa.

Los mtodos que existen para calcular el caudal del aire, estn ntimamente ligados con los problemas que afectan al personal que labora dentro de la mina, vale decir concentraciones de gases explosivos y txicos, concentraciones de polvo ambiental, elevadas o bajas temperaturas, escasez de oxgeno, etc.

1. CALCULO DE CAUDAL DE AIRE.

A continuacin se presentan los diferentes criterios que existen para abordar este clculo:

1.1. Clculo del caudal segn desprendimiento de gases.

Este mtodo es usado para determinar volmenes de aire en minas grisutosas, se basa en el volumen de gas que se desprende en la mina cada 24 horas. La manera de determinar Q en m3/seg. es:

Q =Q; m3/seg.

864 * p

donde:

q = volumen de gas que se desprende en la mina durante 24 Horas, m3;

p = norma del contenido de metano en el aire, dado por la legislacin minera de cada pas. En Chile p = 0,5%.

1.2. Clculo del caudal segn el personal que trabaja.

El caudal de aire necesario se determina segn la siguiente frmula:

Q =N * f; m3/min.

donde:

f = volumen de aire necesario por hombre.

En Chile f = 3 m3/min.

N = nmero de hombres trabajando.

A pesar que este mtodo es utilizado con frecuencia, se debe considerar solo como referencia, pues no toma en cuenta otros factores consumidores de oxgeno, como lo son la putrefaccin de la madera, la descomposicin de la roca, etc.

1.3. Clculo del caudal segn la temperatura.

Son varios los factores que intervienen en la regulacin de la temperatura en el interior de la mina, pero el ms importante es la temperatura reinante en el exterior. Otros factores: el calor de compresin del flujo de aire al introducirse en la mina, calentamiento por las tuberas de aire comprimido, la absorcin o la condensacin del vapor del agua, el intercambio de temperatura entre el macizo rocoso y el aire subterrneo, etc.

Existen frmulas que relacionan el caudal de aire con los intercambios de temperatura; generalmente estos clculos son considerados en ventilacin en minas profundas o en aquellas que no cumplen con las exigencias de las

legislaciones existentes. Estas exigencias tienden a mantener temperaturas ambientales saludables en los lugares de trabajo.

Con temperaturas entre 21 C y 25 C el cuerpo humano, en reposo, se encuentra en un estado ideal (el sentido del fro y del calor son nulo). Los mayores problemas se encuentran en temperaturas ambientales altas, as tenemos que cuando la temperatura es superior a 38 C en el termmetro seco y de 32 C en el termmetro hmedo, no es posible ningn trabajo duradero.

La legislacin chilena seala que la temperatura hmeda mxima en el interior de la mina no podr exceder de 30 C, para jornada de trabajo de 8 horas.

Como norma para el clculo del aire respecto a la temperatura, se dan los siguientes valores:

HUMEDAD RELATIVATEMPERATURA SECAVELOCIDAD MINIMA

( 85 %24 30 C30 m./min.

> 85 %> 30 C120 m./min.

1.4. Clculo del caudal segn el polvo en suspensin.

Hasta ahora no hay mtodo de clculo, aceptado por todos, que tome en cuenta el polvo en suspensin. Pero, es suficiente fijar la velocidad media del aire agual a 30 m/min. en las labores con parrillas o scrapers de los bloques en explotacin, e igual a 18 m/min. para las dems labores, lo que garantizar la eliminacin del polvo. Salvo en lugares de muy fuerte formacin de polvo, donde la velocidad no debe ser inferior a 45 m/min. En Chile, la velocidad mxima permitida en galeras con circulacin de personal es de 150 m/min. (Reglamento de Seguridad Minera).

1.5. Clculo del caudal segn la produccin.

Este mtodo es usado generalmente en minas de carbn, para minas metlicas se debe tomar en cuenta el consumo de madera, ya que sta fijar el porcentaje de CO2 existente en la atmsfera.

El clculo se basa sobre la suposicin de que la cantidad de gas (CH4 y CO2) que se desprende es proporcional a la produccin, expresado en forma matemtica:

Q =T* u; m3/min.

donde:

u=norma de aire por tonelada de produccin diaria expresada en m3/min.

T=produccin diaria en toneladas.

Para minas de carbn, "u" vara generalmente entre 1 a 1,7 m3 por minuto. En minas metlicas, con poco consumo de madera, vara entre 0,6 a 1 m3/min. Si el consumo de madera es alto, puede llegar hasta 1,25 m3/min.

1.6. Clculo del caudal segn el consumo de explosivo.

La frmula que se conoce para este clculo puede ser criticada por que no toma en cuenta varios factores que se expondr despus de presentarla.

Al tratarse de minas metlicas es este mtodo el que ms se usa. Toma en cuenta la formacin de productos txicos por la detonacin de explosivos, el tiempo que se estima para despejar las galeras de gases y la cantidad mxima permitida, segn normas de seguridad, de gases en la atmsfera.

Dice:

Q =G * E; m3/min.

T * f

donde:

G = formacin de gases, en m3, por la detonacin de 1 kgr. de explosivo.

Como norma eneral: G = 0,04 m3/Kgr.de explosivo.

E = cantidad de explosivo a detonar, Kgrs.

T = tiempo de dilucin, en minutos, generalmente este tiempo no es mayor de 30 minutos, cuando se trata de detonaciones corrientes.

f = porcentaje de dilucin de los gases en la atmsfera, stos deben ser diluidos a no menos de 0,008 %.

Reemplazando en la frmula tendremos:

Q =0,04 * E *100; m3/min.

30 * 0,008

Entonces tendramos finalmente:

Q = 16,67 * E; m3/min.

La frmula trata este caso como si fuera a diluir los gases dentro de un espacio cerrado, lo que no es el caso de una mina donde parte de los gases se elimina continuamente del frente por el volumen de aire que entra, adems, los gases txicos se diluyen continuamente con la nube de gases en movimiento con el aire limpio. Por ltimo, cada gas txico que se produce tiene propiedades distintas a las dems, luego necesitan diferentes porcentaje de dilucin, entonces "f" depender del explosivo que se est usando.

2. PERDIDAS DE AIRE EN LOS CIRCUITOS.

2.1 Prdidas locales de aire.

Las prdidas de aire de los tabiques o tapados dependen del material del tabique, de su espesor, del modo de su impermeabilizacin, etc. Los tabiques de ladrillos, de hormign y de materiales similares, revocados de ambos lados, son prcticamente impermeables, mientras no han sufrido los efectos de la presin. Los tabiques de madera se instalan nicamente como provisorios.

3.1. Puertas de ventilacin.

Para la reduccin de prdidas en las puertas hay que cumplir con las siguientes condiciones:

Construir las puertas simples de planchas de madera mayor a 4 cm y las puertas dobles menor a 2,5 cm;

Empotrar los tabiques en roca firme;

Aislar particularmente bien el piso de las puertas; los rieles se hunden hasta sus cabezas en gruesas planchas de maderas;

Reemplazar las cunetas de agua por tubos;

Vigilar que las puertas se apliquen bien al marco.

3.2. Cruces.

Se construyen para la separacin de las corrientes de aire que se cruzan.

3.3. Prdidas de aire a travs del espacio explotado.

Una serie de factores influyen sobre estas prdidas: potencia y ngulo de inclinacin del manto, mtodo de explotacin, velocidad de avance de los trabajos.

Las prdidas desde las galeras de transporte hacia la galera de ventilacin, con explotacin desde el centro del campo minero hacia sus lmites y el sistema central de ventilacin, se observan sobre todo su largo, pero, disminuyen a medida del alejamiento del frente de arranque, y a distancia de 300 a 500 m. son prcticamente iguales a cero.

La disminucin de prdidas en el espacio explotado se alcanza mediante:

Disposicin central de los pozos con explotacin en retroceso; entre las galeras de transporte y de ventilacin, queda un macizo que se opone a las filtraciones;

Utilizacin de la ventilacin diagonal (marginal) , con los ventiladores en los lmites del campo de explotacin, en explotacin desde el centro del campo hacia sus lmites;

Utilizacin del relleno;

Aumento de la seccin de galeras.

3.4. Prdidas de aire en instalaciones de ventiladores reforzadores.

Los ventiladores secundarios instalados dentro de la mina para reforzar ciertas corrientes, producen de un lado del tabique sobrepresin y del otro depresin, de lo que resulta una recirculacin indeseable del aire.

Para la disminucin de esta circulacin del aire en circuito cerrado, el ventilador debe ser instalado en las galeras de ventilacin, lo ms lejos posible del frente de arranque, donde las rocas derrumbadas en el espacio explotado ya se han vuelto suficientemente compactas. En las minas grisutosas, la instalacin del ventilador sobre el aire saliente es indeseable; pero, se permite con la utilizacin del equipo protegido contra explosiones.

3.5. Cortocircuito.

Es el movimiento del aire del circuito entrante, o directamente de la atmsfera al circuito saliente, sin pasar por el circuito bsico. Los cortocircuitos se producen, por ejemplo, al abrir la puerta de ventilacin, en el recorte que une los enganches del pozo de entrada y de ventilacin, en el sistema central de ventilacin; o al abrir la compuerta de cierre del orificio del pozo de ventilacin.

Los efectos de los cortocircuitos son absolutamente indeseables: la cantidad de aire en el circuito de ventilacin disminuye notablemente, la velocidad del cortocircuito sobrepasa los valores admisibles, el caudal del ventilador aumenta, al bajar la cada de presin.

CAPITULO XCONSIDERACIONES DE COSTOS DE VENTILACION

1. GENERALIDADES.

Como en todo proyecto, en el caso de un sistema de ventilacin de minas, debemos considerar los siguientes costos:

Costo de Inversin, de Capital o Fijos;

Costos de Operacin o Variables;

Los primeros incluyen, lgicamente, los intereses a pagar por el capital (amortizacin) como tambin incluye los impuestos y seguros, si los hubiese.

El costo de operacin, en nuestro caso tiene que ver, principalmente, con el consumo de energa por los ventiladores del sistema y, en un grado mucho menos, con la mantencin tanto de los ventiladores como de las galeras de ventilacin.

El estudio, entonces, de estos dos costos, considerando adems las ventajas de operacin mnima del sistema proyectado, deben decidir el sistema de ventilacin ms conveniente.

A continuacin se har un anlisis de cada uno de los parmetros que hemos estudiado en ventilacin, bajo el punto de vista econmico.

2. TIPOS DE GALERIAS V/S COSTO DE OPERACION.

Sabemos que la potencia consumida es directamente proporcional al cubo del caudal. Bajo este punto de vista, entonces, el clculo del caudal de aire debe ser el preciso y el cuidado de l dentro del circuito, tiene que ser estricto.

La determinar un exceso de caudal (por ej. para compensar las fugas) es un lujo costoso que el sistema no requiere y no puede costerselo. La variacin cbica de la potencia con el caudal debe ser bien meditada.

Recordemos que:

H=( * L * P * Q2; (mm. de c.a. o Kg/m2)

A3

La influencia de las caractersticas de una galera sobre las prdidas de carga, y los requerimientos de energa, pueden ser deducidos de esta ecuacin. Cuando "Q" es constante, si se quiere reducir "H" para una galera dada, se debe reducir (, P, L, o bien aumentar A.

2.1. Dimensiones.

La variable ms simple que afecta a la prdida de carga es el tamao de la galera. El rea y el permetro aparecen en la ecuacin de "H"; por esto la relacin se expresa (para simplificar, supongamos una seccin circular).

H (P(1

A(5

Resulta que "H" es una funcin simple, exponencial de la dimensin (, por lo cual un ligero aumento de las dimensiones resulta en una fuerte disminucin de la prdida de carga. Esto puede lograrse abriendo galeras ms amplias o proveyendo ms aberturas ( utilizando el principio del flujo paralelo).

Al comparar galeras de forma similar, la H vara inversamente con el rea elevada a cinco medios, puesto que el rea es proporcional al cuadrado de cualquiera dimensin.

2.2. Carcter de la superficie (().

La irregularidad o aspereza de la superficie rozante de una galera, reflejada en el factor de friccin, puede afectar a la prdida de carga en el rango de 1 a 10. La prdida de carga vara directamente con el factor de friccin y una reduccin en la aspereza, obstrucciones o sinuosidad, rebajar "(" y producir una rebaja paralela en "H".

Por el solo hecho de limpiar una galera se lograrn altos dividendo.

El revestimiento suave de una galera es recomendable, an cuando implica una ligera reduccin en el rea, la que es ms compensada por la disminucin en el factor friccin. El revestimiento puede hacerse con madera, concreto, (shotcret) o poliuretano aplicado con aire.

En una galera existente por lo cual pasa una cantidad de aire insuficiente, aumentar el flujo al disminuir "(", puesto que para una prdida de carga constante,

Q = 1/((El contraste entre galeras speras y suaves puede destacarse comparando los tamaos relativos de galeras cuadradas de diferentes caractersticas superficiales, necesaria para pasar una cantidad de aire, con los mismos requisitos de cada y potencia.

CARACTERISTICAS DE GALERIASAREA RELATIVA

Revestimiento suave1,00

Roca sedimentaria 1,55

Enmaderada1,90

Roca genea desnuda2,24

2.3. Forma.

El efecto de la forma de la galera en la prdida de presin, se refleja en el radio hidrulico, RH = A/P , de lo cual:

H = 1/Rh

Para una velocidad constante de flujo. La forma que proporciona el mximo radio hidrulico, o el mnimo de permetro (superficie rozante) es el crculo.

La tendencia hacia la excavacin por medio de mquina sondeadoras de gran dimetro (escareadores) que hacen piques y chimeneas de seccin circular tiene un efecto ventajoso en la reduccin del costo de ventilacin, no solo por dejar la superficie suave, con un bajo coeficiente de resistencia aerodinmica, si no que tambin por desarrollar las galeras en forma circular.

La lista siguiente compara las prdidas relativas de carga para galeras de varias formas con rea constante.

FORMA DE LA GALERIAPERDIDA DE CARGA RELATIVA

Circular1,00

Octgono1,02

Cuadrada1,13

Rectngulo (1:2)1,20

Rectngulo (1:4)1,40

No siempre es posible usar las secciones circulares, ya que las rectangulares son convenientes para ubicar rieles, caeras, cables, etc.

2.4. Longitud.

La longitud de las galeras es frecuentemente un factor fijo para un trazado dado de mina, pero a veces es posible reducirla mediante una revisin del trazado.

2.5. Prdida por choque.

Siempre deben investigarse las posibles fuentes de estas prdidas cuando se trata de reducir los requerimiento de presin y potencia de un sistema. Pueden reducirse prdidas debidas a codo o cambios de reas, enderezando las galeras, instalando platinas guas en los codos prximos al ventilador y haciendo los cambios de rea ms redondeados y graduales.

2.6. Cada dinmica.

Aunque no constituye una prdida de carga, la cada dinmica representa una prdida para el sistema en la descarga. En un sistema soplante o booster, "Hv" puede reducirse, ampliando el rea de la galera gradualmente, justo antes de la descarga. En sistema aspirante, es conveniente agregar al ventilador un ducto de conversin.

3. DISEO ECONOMICO DE GALERIAS.

La mayor oportunidad de ahorrar en la instalacin y operacin de sistema de ventilacin est en el diseo de las galeras. El factor decisivo para la seleccin de galeras es el costo total.

Mientras que una galera ancha, revestida, circular es ideal para reducir los requisitos de presin y potencia y por tanto los costos operativos, puede ser costoso desde el punto de vista de la inversin de capital. Estos dos costos varan inversamente uno con el otro y por esto el mnimo costo total debe ser buscado en el diseo de las galeras.

3.1. Velocidades econmicas.

Rangos aproximados, para servir de guas en un diseo preliminar:

GALERIARANGO DE VELOCIDAD ECONOMICA (m/min.)

No revestida 180 - 305

Enmaderada 305 - 457

Revestida suave 610 - 762

La velocidad sobre 600 m/min. (10 m/seg) se considera antieconmica e indeseables en todas partes, excepto en galeras principales.

Costo Relativos de distintas Galeras. Tal como se dijo ms arriba, se ha hecho un estudio que pretende comparar distintos tipos de galeras, bajo el punto de vista econmico, formando la tabla que se presenta a continuacin. Se debe tener presente que esta comparacin se ha hecho segn los datos que se sealan enseguida y que esto debe ser analizado cuando se quiera hacer uso de ella.

La comparacin se ha efectuado considerando los siguientes parmetros:

Eficiencia Vent. (=60%

Costo energa Ce=US $ 100 / HP-ao

Costo desarrollo Cd=US $ 10 / m3

Caudal de aire Q=47,2 m3/seg

TIPODEGALERIAa*10-5AREA(m2)VEL.AIRE(m/seg.)COSTO RELATIVO

ROCA SEDIMENTARIA

Circular no revestida1136,96,81,00

Rectang. no revestida1137,26,61,04

ROCA IGNEA

Circular no revestida2839,05,21,30

Rectang. no revestida2839,35,11,35

CONCRETADA

Circular383,214,62,25

Rectangular383,214,62,25

3.2. Relacin de la forma y caracterstica con los costos totales de las galeras.

No se han hecho muchos clculos para determinar la mejor forma o tipo de revestimiento de una galera dada, puesto que el mtodo de explotacin y las condiciones naturales imponen limitaciones. En general se puede decir que una galera revestida cuesta ms del doble que desnuda y que las galeras circulares son ligeramente ms baratas que las rectangulares de igual rea. El costo de vestir una galera elevar el costo de capital ms de lo que rebaja el costo de operacin y por esto generalmente son anti-econmicas.

4. CALCULO DE UNA GALERIA ECONOMICA.

Tal como se dijo al comienzo de este captulo, en materia de costos, cuando se debe decidir el tamao a desarrollar de una galera, se presentan dos tipos:

Costos Fijos

Costos Variables.

Analicemos la construccin de una galera que va a ser usada slo para ventilacin, pensemos en la galera de inyeccin de aire desde superficie.

El costo fijo o de capital tiene relacin con el desarrollo de esta galera el cual ser mayor a medida que el rea sea ms grande.

El costo variable o de operacin, sin embargo, aumentar en la medida que tengamos que hacer pasar el caudal de aire por una galera ms pequea.

De tal forma que si sacamos el costo total en anualidades, tendremos la oportunidad de saber cual ser este costo ms bajo y, con ello, determinar el tamao ms econmico.

CT = CC + CO

Donde:

CT = costo totalCC = costo de capitalCO = costo de operacin

Encontremos estos costos.

CC = Lf* A* cd* c

donde:

Lf = largo fsico de la galera, m;

A = rea de la galera, m2;

cd = costo desarrollo, US$ /m3;

c = servicio del capital; que es igual a:

c = {i * (i + 1)n/(i + 1)n -1} + cm

donde:

i = inters anual en %;

n= nmero de aos de servicio de la deuda;

cm = costo de mantencin en %.

Costo de operacin:

Co = Pot * ce

donde:

Pot = potencia en Watt.

ce = costo de energa, US $/Watt-ao

Pot.=H * Q=( * L * P * Q3

(A3 * (

donde "(" debe ser del sistema de unidades internacionales (SI)

H = cada de presin, pascal

L = largo total, m = Lf+Le;

Q = caudal, m3/seg;

A = rea, m2;

P= permetro, m.

(= eficiencia del ventilador,%.

Costo Total:

CT = Lf* A* cd* c +( * L * P * Q3 * ce

A3 * (

Como tanto el permetro como el rea son funciones de la forma geomtrica de la galera y, en definitiva, de la dimensin fundamental de ella, se deber reemplazar estos dos parmetros por las funciones correspondientes. Como ejemplo, pensemos que la galera que deseamos encontrar su tamao ptimo sea cilndrica:

P = ( * ( = 3,14 * (A = ((/4) * (2 = 0,78 * (2

Reemplazando:

CT = 0,78 * Lf* (2 * cd* c +6,62 * ( * L * Q3 * ce

(5 * (

Derivando dCT/d( y haciendo igual a cero, para encontrar la tangente paralela al eje de las "x", y finalmente despejando, tenemos:

21,22 * ( * L * Q3 * ce

Lf * cd* c * (

2. DESCRIPCIN GENERAL DE LOS MTODOS DE VENTILACIN DE MINAS:El sistema escogido ser probablemente una combinacin de los mtodos que presentamos a continuacin:

2.1. Ventilacin Natural:La energa ms barata y abundante en la naturaleza es el aire natural, que se utiliza en la ventilacin para minas subterrneas.

Este aire se introduce por la bocamina principal de ingreso, recorriendo el flujo del aire por la totalidad del circuito de ventilacin, hasta la salida del aire por la otra bocamina.

Para que funcione la ventilacin natural tiene que existir una diferencia de alturas entre las bocaminas de entrada y salida. En realidad, ms importante que la profundidad de la mina es el intercambio termodinmico que se produce entre la superficie y el interior. La energa trmica agregada al sistema se transforma a energa de presin, susceptible de producir un flujo de aire (el aire caliente desplaza al aire fro produciendo circulacin).

La ventilacin natural es muy cambiante, depende de la poca del ao, incluso, en algunos casos, de la noche y el da.

Dado que, la VENTILACIN NATURAL es un fenmeno de naturaleza inestable y fluctuante, en ninguna faena subterrnea moderna debe utilizarse como un medio nico y confiable para ventilar sus operaciones.

2.2. Ventilacin Auxiliar:Como ventilacin auxiliar o secundaria, definimos aquellos sistemas que, haciendo uso de ductos y ventiladores auxiliares, ventilan reas restringidas de las minas subterrneas, empleando para ello circuitos de alimentacin de aire fresco y de evacuacin del aire viciado que les proporciona el sistema de ventilacin general.Por extensin, esta definicin la aplicamos al laboreo de tneles desde la superficie, an cuando en estos casos no exista un sistema de ventilacin general.

Los sistemas de ventilacin auxiliar que pueden emplearse en el desarrollo de galeras horizontales, utilizando ductos y ventiladores auxiliares son:

Sistema impelente: El aire es impulsado dentro del ducto y sale por la galera en desarrollo ya viciado.

Para galeras horizontales de poca longitud y seccin (menores a 400 metros y de 3.0 x 3.0 metros de seccin), lo conveniente es usar un sistema impelente de mediana o baja capacidad, dependiendo del equipo a utilizar en el desarrollo y de la localizacin de la alimentacin y evacuacin de aire del circuito general de ventilacin de la zona. (Ver figura 1).

Sistema aspirante: El aire fresco ingresa a la frente por la galera y el contaminado es extrado por la ductera.

Para ventilar desarrollos de tneles desde la superficie, es el sistema aspirante el preferido para su ventilacin, an cuando se requieren elementos auxiliares para remover el aire de la zona muerta, comprendida entre la frente y el extremo de la ductera de aspiracin. (Ver figura 1.-).

Un tercer sistema es el combinado, aspirante-impelente, que emplea dos tendidos de ductera, una para extraer aire y el segundo para impulsar aire limpio a la frente en avance. Este sistema rene las ventajas de los dos tipos bsicos, en cuanto a mantener la galera y la frente en desarrollo con una renovacin constante de aire limpio y en la velocidad de la extraccin de los gases de disparos, con la desventaja de su mayor costo de instalacin y manutencin.

Para galeras de mayor seccin (mayor a 12 m2), y con una longitud sobre los400 metros, el uso de un sistema aspirante o combinado es ms recomendable para mantener las galeras limpias y con buena visibilidad para el trfico de vehculos, sobre todo si ste es equipo diesel. (Ver figura 1.-). Hoy da, es la ventilacin impelente la que ms se usa, ya que el ducto es una manga totalmente flexible, fcil de trasladar, colocar y sacar. En este caso, el ventilador al soplar infla la manga y mueve el aire. En el caso de la ventilacin aspirante, estas mangas deben tener un anillado en espiral rgido lo que las hace muy caras.

El uso de sistemas combinados, aspirante impelentes, para ventilar el desarrollo de piques verticales, es tambin de aplicacin prctica cuando stos se desarrollan en forma descendente y la marina se extrae por medio de baldes. En estos casos, el uso de un tendido de mangas que haga llegar aire fresco al fondo del pique en avance es imprescindible para refrescar el ambiente.

La aplicacin de sistemas auxiliares para desarrollar galeras verticales est limitada a su empleo para ventilar la galera donde se inicia el desarrollo de la chimenea o pique, dado que la destruccin de los tendidos de ductos dentro de la labor vertical por la cada de la roca en los disparos es inevitable (en su reemplazo se utiliza el aire comprimido).

ANEXO A:Requerimientos de aire:Las necesidades de aire al interior de la mina, deben ser determinadas en base al personal y el nmero de equipos que trabajan al interior de las labores en los niveles que componen la mina, adems de conocer el mtodo de explotacin.

El clculo de las necesidades, permitir ventilar las labores mineras en forma eficiente, mediante un control de flujos tanto de inyeccin de aire fresco, como de extraccin de aire viciado. Esto permite diluir y extraer el polvo en suspensin, gases producto de la tronadura o de la combustin de los vehculos.

Para determinar el requerimiento de aire total se utilizan los siguientes parmetros operacionales:

a) Caudal requerido por el nmero de personas:El Art. N 138 del D.S. N 72., exige una corriente de aire fresco de no menos de tres metros cbicos por minuto (3 m/ min.) por persona, en cualquier sitio del interior de la mina.

Donde:

Q= F x N (m/ min.)Q = Caudal total para n personas que trabajen en interior mina (m/ min.) F = Caudal mnimo por persona (3 m/ min.)

N = Nmero de personas en el lugar.

A pesar que este mtodo es utilizado con frecuencia, se debe considerar F slo como referencia, pues no toma en cuenta otros factores consumidores de oxgeno, como lo son la putrefaccin de la madera, la descomposicin de la roca, la combustin de los equipos, etc.

b) Caudal requerido por desprendimiento de gases Segn Norma Chilena:Q= 0.23 x q (m/ min.)Donde:

Q = Caudal de aire requerido por desprendimiento de gases durante 24 horas

q = volumen de gas que se desprende en la mina durante las 24 horas

c) Caudal requerido por temperatura:La legislacin chilena seala que la temperatura hmeda mxima en el interior de la mina no podr exceder de 30 C, para jornadas de trabajo de 8 horas.

Como norma para el clculo del aire respecto a la temperatura, se dan los siguientes valores:

HUMEDAD RELATIVATEMPERATURA SECAVELOCIDAD MINIMAPara una labor de20 m (5 X 4 m.)

< = 85 %24 a 30 C30 m./min.600 m/min.

> 85 %> 30 C120 m./min.2240 m/min.

d) Caudal requerido por el polvo en suspensin:El criterio ms aceptado es hacer pasar una velocidad de aire determinado por las reas contaminadas y arrastrar el polvo, a zonas donde no cause problemas.

Segn el Art. N 138 D.S. N 72 la velocidad promedio en los lugares de trabajo no debe ser inferior a los quince metros por minuto (15 m./min.). Para lugares con alta generacin de polvo, este valor puede ser considerado hasta un 100% mayor.

Hasta ahora, no hay mtodo de clculo aceptado por todos, que tome en cuenta el polvo en suspensin. Pero, velocidades entre 30 a 45 m./min. son suficientes para mantener las reas despejadas.

En Chile, la velocidad mxima permitida en galeras con circulacin de personal es de

150 m/min. Reglamento de Seguridad Minera (RSM).

e) Caudal requerido por la produccin:Este mtodo es usado generalmente en minas de carbn. Para minas metlicas, se debe tomar en cuenta el consumo de madera, ya que sta fijar el porcentaje de CO2 existente en la atmsfera.

El clculo se basa sobre la suposicin de que la cantidad de gas (CH4 y CO2) que se desprende es proporcional a la produccin, expresado en forma matemtica:

Q = T x u (m3/min.)Donde:Q = Caudal requerido por toneladas de produccin diaria (m3/min.)u = norma de aire por tonelada de produccin diaria expresada en (m3/min.) T = Produccin diaria en toneladas.

Para minas de carbn, "u" vara generalmente entre 1 a 1,7 (m3/min.).

En minas metlicas, con poco consumo de madera, vara entre 0,6 a 1 (m3/min.). Si el consumo de madera es alto, puede llegar hasta 1,25 (m3/min.)

Un buen criterio es SUMAR el caudal necesario calculado segn el personal que trabaja en la mina, con el caudal necesario calculado segn el equipo Diesel y aumentar este total en un 20% o ms por cortocircuitos o prdidas.f) Caudal requerido por consumo de explosivo:La frmula que se conoce para este clculo puede ser criticada, ya que no toma en cuenta varios factores que se expondrn despus de presentarla.

Al tratarse de minas metlicas, este mtodo es el que ms se usa. Toma en cuenta la formacin de productos txicos por la detonacin de explosivos, el tiempo que se estima para despejar las galeras de gases y la cantidad mxima permitida, segn normas de seguridad, de gases en la atmsfera.

Para el clculo de este caudal, se emplea la siguiente relacin emprica:

Q = 100 x A x a (m3/min.)d x tDonde:Q = Caudal de aire requerido por consumo de explosivo detonado (m3/min.) A = Cantidad de explosivo detonado, equivalente a dinamita 60% (Kg.)

a = Volumen de gases generados por cada Kg. de explosivo.

a = 0.04 (m/Kg. de explosivo); valor tomado como norma general

d = % de dilucin de los gases en la atmsfera, deben ser diluidos a no menos de

0.008 % y se aproxima a 0.01 %

t= tiempo de dilucin de los gases (minutos); generalmente, este tiempo no es mayor de 30 minutos, cuando se trata de detonaciones corrientes.

Reemplazando en la frmula tendremos: Q = (0,04 x A x100)/(30 x 0,008) m3/min.

Entonces, tendramos finalmente: Q = 16,67 x A (m3/min)

La frmula trata este caso como si fuera a diluir los gases dentro de un espacio cerrado, lo que no es el caso de una mina donde parte de los gases se eliminan

Continuamente de la frente por el volumen de aire que entra. Adems, los gases txicos se diluyen continuamente con la nube de gases en movimiento con el aire limpio. Por ltimo, cada gas txico que se produce tiene propiedades distintas a las dems, luego necesitan diferente porcentaje de dilucin, entonces "d" depender del explosivo que se est usando.

g) Caudal requerido por equipo Diesel:El art. N 132 del R.S.M. (D.S. N 72) recomienda un mnimo de 2.83 (m3/min) porHP al freno del equipo para mquinas en buenas condiciones.Se debe aclarar que los 2,83 m/min. Del art. N 132 son el mnimo caudal de aire requerido y no acepta factores de correccin. Por lo dems, se pide la potencia al freno o potencia bruta, que es la mxima potencia proporcionada por el motor sin tener en cuenta las prdidas por transmisin, si es que no se cuenta con la curva de potencia entregada por el fabricante (grfico KW vs. RPM) o con una recomendacin de ventilacin para el equipo proporcionada por el fabricante y certificada por algn organismo confiable.

Para aclarar mejor el punto anterior, se debe calcular el requerimiento de aire de cada equipo diesel, multiplicando 2,83 por la potencia y por el nmero de equipos que trabajan en el momento de mxima produccin, eliminando aqullos que estn fuera de la mina, en reserva o en mantencin.

Se puede adems, determinar con suficiente aproximacin, la cantidad necesaria de aire normal para diluir un componente cualquiera del gas de escape diesel a la concentracin permisible, a partir de la siguiente frmula:

Q = V x c ( m3/min.)yDonde:Q = volumen de aire necesario para la ventilacin (m3/min.);V = volumen de gas de escape producido por el motor (m3/min.);c = concentracin del componente txico, del gas de escape, que se considera en particular (% en volumen);

y = concentracin mxima, higinicamente segura, para el componente txico que se est considerando (% en volumen).

Este mtodo necesita de un estudio previo para determinar el volumen de gases y la concentracin del toxico. El mximo volumen determinado se multiplica por 2 para establecer una ventilacin segura.1,6

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

0,9

0C

200C

Z

102

1 2 3 4 5 6 7 8

H[Kgr/cm2]

a

b

c

d

j

e

f

g

i

h

k

k

l

a c e f g j k l

Rb

Q

a

b

c

d

j

e

f

g

i

h

k

k

l

a b l

d j

c k

e f i h

a n l

H

H = a - bQ

Por N finito de labes

Por rozamiento

Por choque

Q

Curva Caracterstica

H

Q

Porcin de curva ca-racterstica par a ser usada

Zona de atascamiento

U.S.$

CT

CO

CC

Area

rea ptima

1/7

( =