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Minería subterránea
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VENTILACION Página 1
INTRODUION
En la mina, de nuestros días necesitamos un sistema de ventilación que va siendo más
complejo cada día. Esto implica la necesidad de conoces can más profundidad le sistema de
ventilación, pero sobre todo el ventilador y todo sus elementos auxiliares que junto con el
sistema de arranque y control de forma que se cumpla el D.S. 055 EM
Este articulo reúne todos los elementos necesarios para realizar la caracterización del sistema
de ventilación de una mina subterránea, todo ello en marco del D.S. 055 EM artículo 236-240
que regula las actividades de explotación minera bajo tierra, en especial bajo aquellos títulos
donde se tratan los temas de ventilación y temperaturas, vitales para asegurar el confort de las
personas al interior de la explotación.
No solo se tocarán los temas desde el punto de vista jurídico, sino que también se abordarán
desde el análisis técnico de cada uno de los elementos identifi cados como vitales a la hora de
caracterizar una mina.
Dentro de los aspectos a tener en cuenta para garantizar una buena ventilación, están las
velocidades máximas y mínimas para el aire que puede circular al interior de las minas, así
como los valores limites permisibles para los gases que se generan en la explotación. Para
garantizar un control óptimo de las condiciones en la mina debe hacerse un seguimiento a
través de aforos de los caudales y temperaturas; y de un monitoreo continuo de la atmósfera
minera para conocer las concentraciones de gases con el fi n de controlar todos aquellos
elementos que pongan en peligro la vida de quienes laboran en la mina.
VENTILACION Página 2
ÍNDICE 1 CAPITULO I .................................................................................................................................. 2
1.1 VENTILACION ..................................................................................................................... 3
1.2 LÍMITES DE EX POSICIÓN OCUPACIONAL PARA AGENTES QUÍMICOS ................... 3
1.3 TIPOS DE LÍMITES .............................................................................................................. 3
1.4 FLUJO DE AIRE EN GALERÍAS O DUCTOS (LEY DE ATKINSON) .............................. 6
1.5 VENTILACIÓN NATURAL ................................................................................................. 7
2 CAPITULO III ............................................................................................................................... 9
2.1 VENTILADORES MECANICOS ......................................................................................... 9
2.2 VENTILACIÓN AUXILIAR ................................................................................................. 9
2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS VENTILADORES .................................................................... 9
2.3.1 VENTILADORES CENTRIFUGOS .............................................................................. 9
2.3.2 VENTILADORES AXIALES ...................................................................................... 10
2.4 TIPOS DE TUBERÍAS ........................................................................................................ 11
2.5 VENTILACIÓN SOPLANTE .............................................................................................. 12
2.6 VENTILACIÓN ASPIRANTE ............................................................................................ 13
2.7 VENTILACIÓN ASPIRANTE Y SOPLANTE SIMULTÁNEAS ....................................... 14
2.8 SELECCIÓN DE VENTILADORES: .................................................................................. 16
2.9 PUNTO DE OPERACIÓN DEL SISTEMA: ....................................................................... 16
2.9.1 Potencia del motor: ....................................................................................................... 17
2.10 AIRE ATMOSFÉRICO DE LA MINA ................................................................................ 17
2.11 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES CONTAMINANTES ............................................. 18
2.11.1 MATERIAL PARTICULADO ..................................................................................... 18
2.12 LEYES DEL VENTILADOR .............................................................................................. 21
2.13 MEDIDAS DE SEGURIDAD .............................................................................................. 21
2.14 CIRCUITOS COMPLEJOS: ................................................................................................ 23
3 CAPITULO III ............................................................................................................................. 24
3.1 VENTILACIÓN EN MINAS DE CARBÓN ....................................................................... 24
4 CONCLUCIONES ....................................................................................................................... 27
5 RECOMENDACION ................................................................................................................... 27
6 ANEXOS ..................................................................................................................................... 28
7 GRÁFICOS DEL TRABAJO ....................................................................................................... 30
8 Bibliografía .................................................................................................................................. 31
1 CAPITULO I
VENTILACION Página 3
1.1 VENTILACION La ventilación en toda labor minera deberá ser con de aire limpio a las labores de trabajo de
acuerdo a las necesidades del trabajador, de los equipos y para evacuar los gases, humos y polvo
suspendido que pudieran afectar la salud del trabajador. Todo sistema de ventilación en la actividad
minera, en cuanto se refiere a la calidad de aire, deberá mantenerse dentro de los límites máximos
posibles siguientes. (AGUIRRE ZARATE, 2013)
Polvo inhalable :
Polvo respirable :
Oxigeno (o2) : mínimo 19.5% y máx. 22.5%
Dióxido de carbono : máximo ó 5000 ppm.
30000 por un lapso no superior de 15 min.
Monóxido de carbono : máximo . Ó 25 ppm
Metano (NH4) : máximo 5000 ppm
Hidrogeno sulfurado : máximo14 mg/m3. Ó10 ppm
Gases Nitrosos (NO) : 25 ppm
Anhídrido Sulfuroso : 2 ppm mínimo a 5ppm máximo
Aldehídos : máximo 0.1 ppm
Ozono : máximo 0.1 ppm
ANEXO Nº 4
1.2 LÍMITES DE EX POSICIÓN OCUPACIONAL PARA AGENTES
QUÍMICOS
Deberá mantenerse dentro de los límites de exposición ocupacional para agentes químicos de acuerdo
al ANEXO Nº 4 y lo establecido en el Decreto Supremo Nº 015-2005-SA o la norma que la
modifique o sustituya.
1.3 TIPOS DE LÍMITES
TWA: Media Moderada en el Tiempo (Time Weighted Average) . Para comparar con e l
VENTILACION Página 4
promedio ponderado en el tiempo de exposición a concentración es individual durante
toda la jornada de trabajo. Los límites TWA para 8 horas necesitan corrección al ser
aplicados a jornadas de trabajo diferentes.
STEL: Exposicion de Corta Duración: Short Time Exposure Level . Límita las
exposiciones a corto tiempo, normalmente 15 minutos. Límite a comparar con la
exposición promedio ponderada en el tiempo acumulada durante 15 minutos contínuos.
La exposición a concentración es mayores no debe superar los 15 minutos y puede
ocurrir un máximo de 4 veces por jornada con descansos de 1 hora mínimo entre
exposiciones.
C: Ceiling . Nive l Techo de Exposición. Límite que en ningún momento deberá ser
sobrepasado.
Nº Agentes Químicos (en el aire) Límites de Exposición Ocupacional
TWA STEL T echo (C)
1 Acetona 500 ppm 750 ppm
2 Ácido Acético 10 ppm 15 ppm
3 Ácido Clorhídrico 2 ppm
4 Ácido Nitrico 2 ppm 4 ppm
5 Acido Sulfhídrico (H2S) 10 ppm 15 ppm
6 Amoníac o Anhidro 25 ppm 35 ppm
7 Anhídrido Sulfuroso (SO2) 2 ppm 5 ppm
8 Antimonio 0.5 mg/m3
9 Arseniato de Plomo 0.15 mg/m3
10 Arseniato de Calc io 1 mg/m3
11 Arsé nico (can) 0.01 mg/m3
A1
12 Benceno (can) 0.5 ppm (p)
13 Cianuro (Como CN) 5 mg/m3 (p)
14 Cianuro de Hidrogeno (HCN) 4.7 ppm(p)
15 Cloro 0.5 ppm 0.1 ppm
16 Clorobenceno 10 ppm 20 ppm
17 Cloroformo 10 ppm
18 Cobre (humo) 0.2 mg/m3
19 Cobre (polvo/neblina) 1 mg/m3
20 Dióxido de Carbono 5000 ppm 30000 ppm
21 Dióxido de Nitrógeno 3 ppm 5 ppm
22 Éter Etílic o 400 ppm 500 ppm
23 Fluoruro de Hidrogeno (HF) 2.5 mg/m3
24 Formaldehído 0.3 ppm
25 Fosgeno 0.1 ppm
26 Gasolina 500 ppm
27 Hidrógeno (H) 5000 ppm
28 Humo de Cadmio (can) 0.01 mg/m3
29 Humo de Óxido Férrico 5 mg/m3
30 Manganeso 0.2 mg/m3
31 Mercurio 0.025 mg/m3(
p)
VENTILACION Página 5
32 Metano (CH4) 5000 ppm
33 Monóxido de Carbono (CO) 25 ppm
34 Mónoxido de Nitrogeno 25 ppm
35 Nebli na de acido sulfúrico 1 mg/m3 3 mg/m3
36 Oxígeno (O2) 19.5 % 22.5 %
37 Ozono Trabajo Pesado 0.05 ppm
38 Ozono Trabajo Moderado 0.08 ppm
39 Ozono Trabajo Ligero 0.1 ppm
40
Ozono Trabajo Cualquiera (<= 2 horas)
0.2 ppm
41 Plomo 0.05 mg/m3
42 Polvo de Carbón - Antracita 0.4 mg/m3
43 Polvo de Carbón - Bituminoso 0.9 mg/m3
44 Polvo inhalable (1) 10 mg/m3
45 Polvo respirable (1) 3 mg/m3
46 Selenio 0.2 mg/m3
47 Síl ice Cristalino Respirable (Cri stobalita) 0.05 mg/m3
48 Síl ice Cristalino Respirable (Cuarzo) 0.05 mg/m3
49 Síl ice Cristalino Respirable (Tridimita) 0.05 mg/m3
50 Síl ice Cristalino Respirable (Tripoli) 0.1 mg/m3
51 Talio, Compuestos solubles de 0.1 mg/m3(
p)
52 Telurio 0.1 mg/m3
Teniendo en consideración lo estipulado en el reglamento de seguridad y salud ocupacional aprobado
por el ministerio de energía y minas en el decreto supremo Nro. 055-2010-EM, se tomara en cuenta lo
siguiente:
En todas las labores subterráneas se mantendrá una circulación de aire limpio y fresco en cantidad y
calidad suficiente de acuerdo con el número de personas, con el total de HPs de los equipos con
motores de combustión interna así como para la dilución de los gases que permitan contaren el
ambiente de trabajo con un mínimo de 19.5% i un máximo de 22.5% de oxígeno, cuando las minas se
encuentran hasta 1500 metros sobre el nivel del mar, en los lugares de trabajo, la cantidad mínima de
aire necesaria por hombre será de 3 metros cúbicos por minuto, en otros altitudes las cantidades de aire
será de acuerdo con las siguientes escalas:
1. De 1,500 a 3,000 msnm, aumentará en 40% que será igual a 4 m³/min
2. De 3,000 a 4,000 msnm aumentará en 70% que será igual a 5 m³/min
3. Sobre los 4,000 msnm aumentará en 100% que será igual a 6 m³/min
En caso de emplearse equipo diesel, la cantidad de aire circulante no será menor de tres(3) metros
cúbicos por minuto por cada HP que desarrollen los equipos, en ningún caso la velocidad del aire será
menor de 20 metros por minuto (EM, 2010)
Ni superior a 250metros por minuto en las labores de explotación incluido el desarrollo, preparación y
en todo lugar donde haya personal trabajando, cuando se emplee ANFO u otros agentes de voladura, la
velocidad del aire no será menor de 25 metros por minuto. (EM, 2010)
VENTILACION Página 6
Cuando la ventilación natural no sea capaz de cumplir con los antes señalados, deberá emplearse
ventilación mecánica, instalando ventiladores principales, secundarios o auxiliares según las
necesidades (EM, 2010)
El aire, al pasar por una mina sufre cambios en su composición, principalmente de
disminución de oxígeno. En minas poco profundas, el clima dentro de las minas, no presenta
mayores preocupaciones, pero cuando tienen profundidades superiores a 1.000 metros, éste es
un problema que debe ser atendido.
La acción de temperaturas elevadas sobre el personal, pueden incluso provocar la muerte.
1.4 FLUJO DE AIRE EN GALERÍAS O DUCTOS (LEY DE
ATKINSON)
Cuando el aire fluye a través de un ducto o galería minera, la presión requerida para mover el
aire a través de él depende no sólo de la fricción interna, sino también del tamaño, longitud,
forma del ducto, velocidad y densidad del aire.
VENTILACION Página 7
Todos estos factores son considerados en la ecuación de J. Atkinson, denominada
“Ley de Atkinson”
Donde
P = Pérdida de presión [Pa]
K = Factor de fricción [Ns² / m4]
C = Perímetro [metros]
L = Longitud [m.]
V = Velocidad [m / seg.]
A = Área [ m² ]
A partir de esta ley, se pueden calcular K y la caída de presión estática.
En adelante, se usará la letra P para el cálculo de potencia y la caída de
presión(pérdida de presión) se pasará a llamar H.
Conocidos el Caudal (Q) y la Caída de Presión (H) a cierta densidad del aire (W), se
establece el punto operacional para el sistema.
1.5 VENTILACIÓN NATURAL La energía más barata y abundante en la naturaleza es el aire natural, que se utiliza en la
ventilación para minas subterráneas. Este aire se introduce por la bocamina principal de
ingreso, recorriendo el flujo del aire por la totalidad del circuito de ventilación, hasta la salida
del aire por la otra bocamina. Para que funcione la ventilación natural tiene que existir una
diferencia de alturas entre las bocaminas de entrada y salida. En realidad, más importante que
la profundidad de la mina es el intercambio termodinámico que se produce entre la superficie
y el interior. La energía térmica agregada al sistema se transforma a energía de presión,
susceptible de producir un flujo de aire (el aire caliente desplaza al aire frío produciendo
circulación). La ventilación natural es muy cambiante, depende de la época del año, incluso,
en algunos casos, de la noche y el día.
VENTILACION Página 8
Dado que, la VENTILACIÓN NATURAL es un fenómeno de naturaleza inestable y
fluctuante, en ninguna faena subterránea moderna debe utilizarse como un medio único y
confiable para ventilar sus operaciones.
VENTILACIÓN Página 9
2 CAPITULO III
2.1 VENTILADORES MECANICOS Es la ventilación auxiliar o secundaria y son aquellos sistemas que, haciendo uso de
ductos y ventiladores auxiliares, ventilan áreas restringidas de las minas subterráneas,
empleando para ello los circuitos de alimentación de aire fresco y de evacuación del aire
viciado que le proporcione el sistema de ventilación general.
2.2 VENTILACIÓN AUXILIAR El objetivo de la ventilación auxiliar es mantener las galerías en desarrollo, con un
ambiente adecuado para el buen desempaño de hombres y maquinarias, esto es con un
nivel de contaminación ambiental bajo las concentraciones máximas permitidas, y con
una alimentación de aire fresco suficiente para cubrir los requerimientos de las
maquinarias utilizadas en el desarrollo y preparación de nuevas labores.
Por extensión, esta definición la aplicamos al laboreo de túneles desde la superficie, aún
cuando en estos casos no exista un sistema de ventilación general.
2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS VENTILADORES 1. Ventiladores Centrífugos
2. Ventiladores axiales
2.3.1 VENTILADORES CENTRIFUGOS En estos ventiladores, el aire entra por el canal de aspiración que se encuentra a lo largo
de su eje, cogido por la rotación de una rueda con alabes. Ofrece la más alta presión
estática y un flujo mediano. Su eficiencia varia entre 60% y 80%, pueden trabajar a altas
velocidades. Son ventiladores que pueden considerarse “quietos” si se observa su cueva
característica, produce menos ruido que las axiales, son rígidos, son más serviciales
pero mucho más costosos.
VENTILACIÓN Página 10
Figura Esquema de circulación del aire en un ventilador centrífugo.
2.3.2 VENTILADORES AXIALES
En este tipo de ventiladores, el aire ingresa a lo largo del eje del rotor y luego de pasar a
través de las aletas del impulsor o hélice es descargado en dirección axial. También se
les llama ventiladores de hélice. Ofrece el más alto flujo de aire, su eficiencia esta entre
70 y 80% y son capaces de trabajar a las velocidades más altas, presentan una gama
fuerte de inflexión e inestabilidad, producen los niveles mas altos de ruidos, son más
versátiles y son más baratos.
Figura: Ventiladores axiales
VENTILACIÓN Página 11
Los sistemas de ventilación auxiliar que pueden emplearse en el desarrollo de galerías
horizontales, utilizando ductos y ventiladores auxiliares son:
2.4 TIPOS DE TUBERÍAS Se distinguen dos tipos de tuberías:
a) Rígidas, que pueden ser de metal, madera o plástico.
b) Flexibles, que pueden ser de material textil o plástico.
Foto. Tubería rígida de acero galvanizado.
Foto Tubería flexible de lona.
Las principales características de las tuberías que deben considerarse de cara a su
selección son las siguientes:
VENTILACIÓN Página 12
1. Resistencia aerodinámica.
2. Coeficientes de fugas en las tuberías y las juntas.
3. Resistencia a la tracción, a la deformación, al agua y a los ácidos.
4. Peso por metro.
5. Comodidad de almacenamiento, reparación y montaje.
6. Incombustibilidad.
7. Conductibilidad eléctrica, que evite el almacenamiento de cargas estáticas.
De los esquemas de ventilación descritos, en el suplante (impelente) se pueden instalar
tuberías de cualquier tipo, mientras que en el aspirante, la rigidez de la tubería debe ser
tal que impida la deformación provocada por la diferencia de presión entre la galería y
el interior de la tubería.
2.5 VENTILACIÓN SOPLANTE En este esquema se instala una conducción a través de la cual circula el aire desde el
exterior hasta las cercanías del frente de avance. El tapón de humos, gases y polvo que
ocupa el fondo de la galería es removido por el aire fresco soplado por la tubería siendo
así diluido y empujado a lo largo de ella hasta su emboquille por donde es ex- pulsado
al exterior.
Los principales parámetros que caracterizan a la instalación son los siguientes:
El caudal de aire soplado en el frente
La distancia del extremo de la tubería de ventilación al frente.
El diámetro de la tubería y la sección de la galería.
El chorro de aire que sale de la tubería de ventilación se va ensanchando y
disminuyendo de velocidad, a la vez que arrastra consigo una cierta cantidad del aire de
la galería con el cual se mezcla. Resulta de ello un barrido activo del aire hasta una
cierta distancia de la tubería, más allá de la cual, por el contrario, el movimiento del aire
se hace casi nulo. Si la distancia entre el extremo de la tubería y el frente es
suficientemente pequeña todo el fondo de la galería queda barrido por el chorro de aire;
si, por el contrario, la distancia es bastante grande, subsiste en el fondo de la galería una
zona donde el aire está casi inmóvil y la eliminación no se hace más que por di- fusión.
La distancia límite por encima de la cual el choque de aire no alcanza el frente es del
orden de 15 a 18 m cuando el caudal excede de 1 m3/s, y de 12a 15 m para un caudal de
aire comprendido entre 0,5 y 1 m3/s. Interesa hacer la distancia al frente lo más pequeña
posible, pero este límite vendrá dado por la necesidad de proteger las tuberías de las
proyecciones de la roca al disparar las voladuras. Por último, hay que indicar que el
VENTILACIÓN Página 13
chorro es tanto más largo, y por tanto el tiempo de purga más corto, cuanto menor sea el
diámetro de la tubería y más cerca esté el tubo de ventilación a las paredes de la galería.
Figura Esquema de ventilación soplante
Un problema que presenta el esquema de ventilación soplante es que el tapón de humos
que se forma en el frente tiene que desplazarse a lo largo de la galería hasta salir al
exterior, con lo que el personal que vuelve al trabajo tiene que atravesarlo.
2.6 VENTILACIÓN ASPIRANTE En este esquema de ventilación se aspira el aire que ocupa el frente de avance de la
galería mediante una tubería de ventilación.
De esta forma, el aire entra por la boca de la galería atravesando toda su sección, llega
hasta el frente de avance, mezclándose así con los distintos contaminantes que puedan
existir en la atmósfera. Un ventilador acoplado a la tubería hace que el aire del frente
entre en ésta y sea expulsado, por su otro extremo, al exterior de la galería.
La principal ventaja de este sistema estriba en que al ser los humos aspirados por a
tubería, se evita el desplazamiento de éstos a lo largo de la galería. Sin embargo, la
VENTILACIÓN Página 14
corriente de aire que procede del exterior y circula por la galería en dirección al
frente, converge muy rápidamente para introducirse en la tubería, de modo que, a una
pequeña distancia de la tubería en dirección al frente, del orden de dos metros,
desaparece todo movimiento sensible del aire, siendo por esto difícil la limpieza total de
la atmósfera.
Los humos situados antes del extremo de la tubería son arrastrados por la corriente de
aire que penetra en ella siendo su eliminación muy rápida.
La limpieza total del frente es casi imposible, salvo si la distancia al frente es muy
pequeña, del orden de algunos metros, o si se admite un tiempo de purga
excesivamente grande. La ventilación aspirante es prácticamente incapaz de limpiar el
frente y debe usarse en combinación con la soplante. Se usa sin combinar únicamente
para avances de túneles realizados con minadores y máquinas de corte provistos de
sistemas para evacuar el polvo.
2.7 VENTILACIÓN ASPIRANTE Y SOPLANTE SIMULTÁNEAS En este sistema de ventilación son necesarias dos tuberías, provista cada una de su
ventilador, pero la tubería soplante puede ser corta, y su ventilador poco potente. Basta
que la tubería soplante aspire el aire unos metros más atrás de la boca de la aspirante. El
papel de la tubería so- plante es sólo homogeneizar el frente de avance. Al ser la tubería
muy corta (10 m, 20 m, a lo sumo 30 m) es posible que su diámetro sea muy pequeño y
se podrá llevar con facilidad muy cerca del frente. Se consigue un tiempo de purga muy
pequeño, incluso aunque el aire soplado sea muy poco.
Figura Esquema de ventilación aspirante y soplante simultáneas.
En las galerías con ventilación aspirante, dejar un grifo abierto del extremo de la
instalación de aire comprimido puede hacer la función de ventilación soplante.
VENTILACIÓN Página 15
Ventilación por aspiración e impulsión sucesivas (sistemas reversibles)
En este sistema de ventilación, empleando una sola tubería, se realiza primeramente una
fase de aspiración, en el transcurso de la cual se elimina la fracción de humos situada
cerca de la boca de aspiración. A continuación se sopla, por la misma tubería, de forma
que se pueda limpiar el espacio comprendido entre el extremo de la tubería y el frente,
desplazando el aire contaminado a la parte situada por detrás del extremo de la tubería,
para que pueda ser eliminado en la siguiente fase de aspiración. Se usa con ventiladores
reversibles y necesita de una tubería rígida o semirrígida. La duración total de la
limpieza del frente es superior a la que setiene en el caso de la ventilación soplante, pero
al producirse el desplazamiento del tapón de humos muy diluido, desaparece el riesgo
existente en aquél.
OBJETIVOS SOPLANTE ASPIRANTE-SOPLANTE
(Mixta)
ASPIRANTE
Facilidad de
instalación.
• Es de instalación
sencilla.
• Permite el empleo de
tuberías de lona, sin
armadura, de fácil
manejo.
• Es la más económica.
VENTAJA
• Es de instalación más
compleja.
• Requiere tuberías
rígidas, o si son de
lona, que esté armada
con espiral de acero.
• Más costosa.
INCONVENIENTE
Cuando se avanza la
galería con
EXPLOSIVOS, suele
utilizarse uno de los
otros dos esquemas,
para que el aire
llegue bien al frente.
Si la labor es
grisuosa, ello es,
además obligado
(ITC 05.0.03 ap.2).
El esquema
aspirante, se reduce
casi exclusivamente
al avance con
minadores y
máquinas de corte,
para evacuar más
rápidamente el
polvo.
Por estas razones, no
consideramos este
tema en la Guía de
Selección.
Temperatura en el
frente.
• El aire se conduce
muy rápido y llega al
frente más frío
VENTAJA
• El aire entra muy
lentamente y se
calienta antes de
llegar al frente.
INCONVENIENTE
POLVO,
GASES en el
FRENTE,
NIEBLAS.
• Todo el aire de la
instalación se dirige
al frente, creando en
él buenas
condiciones.
VENTAJA Si la tubería está bien
instalada
• En general, la
instalación
SOPLANTE del
frente sólo mueve
una fracción del aire.
• Si la instalación de
tuberías no es buena,
su corta longitud
garantiza siempre el
movimiento de aire
en el corte.
• En general:
INCONVENIENTE
VENTILACIÓN Página 16
GASES
de la
VOLADURA.
• Deben retornar por
galería, ocasionando
problemas al
personal
INCONVENIENTE sobre todo si el fondo
de saco es largo, pero
se evita realizando
una buena
instalación.
• Los gases retornan
por la tubería (salvo
la parte que pueda
recircular) evitando
que el personal tenga
que respirarlos
VENTAJA sobre todo si el fondo
de saco es largo y la
instalación no es
buena.
2.8 SELECCIÓN DE VENTILADORES: Para ventilar una mina se necesitan ciertas cantidades de flujo de aire, con una caída de
presión determinada, a cierta densidad del aire. Conocidas la caída y el caudal de la
mina (Punto de operación del sistema), existen casi un número infinito de ventiladores
en el mundo que satisfacen el punto operacional adecuado.
Se deberá especificar el punto de operación (Q vs. H Sist.) del ventilador requerido, a
fin de que los proveedores coticen la unidad ventiladora con la potencia de motor
eléctrico correspondiente, que satisfaga dicho punto. La especificación debe incluir
además, la altura geográfica en donde se instalará dicho equipo.
2.9 PUNTO DE OPERACIÓN DEL SISTEMA: Existen cientos de ventiladores que satisfacen cada Caída-Caudal característica.
Además, cada ventilador puede variar su velocidad (RPM), las paletas o el diámetro.
Todas estas características, esenciales para la selección del ventilador adecuado, pueden
ser obtenidas de los fabricantes.
Las curvas de funcionamiento vienen trazadas en función de las variables operacionales
principales: Caídas de Presión (H), Caudal (Q), Potencia (P) y Eficiencia (η) a densidad
de aire normal, que a nivel del mar es de [¨1.2 Kg. / m³] (W)
A una altura de 3.600 m.s.n.m. por ejemplo, la densidad del aire es de [0.866 Kg. / m³],
razón por la que la densidad debe corregirse por aquélla en donde se desempeñará la
unidad.
La forma habitual del trazado de curvas es graficar el Caudal versus las demás variables
(caída estática, caída total, potencia al freno, eficiencia estática y eficiencia total).
VENTILACIÓN Página 17
Normalmente, se logra una ventilación efectiva cuando se emplean varios ventiladores
principales, los que se ubican de preferencia en las galerías principales de ventilación o
en piques en la superficie y se distribuyen de manera que la carga o caída de presión del
sistema esté dividido en forma equitativa entre los ventiladores.
2.9.1 Potencia del motor: La potencia que se debe instalar, con un factor de servicio de al menos 1.15, es mayor
que la Potencia a consumir
Las consideraciones que deben hacerse para calcular la potencia del motor son:
Q = Caudal de aire en m³/seg.
H = Depresión del circuito en Pa (presión estática en Pascales)
P = Potencia del motor en Kw.
η = Eficiencia del ventilador, la cual varía entre 70 a 85% (dependiendo de la
fabricación, tamaño y punto de trabajo).
AHP = Potencia necesaria para mover el caudal Q de aire en un circuito cuya depresión
es H, en Kw.
BHP = Potencia al freno del ventilador, en Kw.
DE = Eficiencia de la transmisión, la cual varía entre 90% para transmisión por poleas y
correas, y 100% para transmisión directa.
ME = Eficiencia del motor, la cual varía entre 85% a 95%.
Como la Potencia del motor es directamente proporcional a la cantidad de aire y a la
pérdida de presión del circuito se tendrá que:
1) AHP = Q x H / 1000
2) BHP = Q x H / 1000 x η
3) P = Q x H / 1000 x η x DE x ME
La evaluación del sistema de ventilación
polvo respirable en la atmósfera de la mina
2.10 AIRE ATMOSFÉRICO DE LA MINA El aire atmosférico al ingresar a la mina sufre cambios en su composición. El N2 sube,
el O2 baja, aumenta el CO2 y también se produce aumento de vapor de agua.
VENTILACIÓN Página 18
Existe generación de gases y polvos que tambien se suman a esta nueva composición
aumenta su T , humedad y peso específico.
Causas:
Respiración de los hombres
Equipos de combustión interna
Voladuras e incendios (Explosivos nitrosos, ANFO)
Descomposición de sustancias ó materiales minerales y/o orgánicas.
Presencia de aguas estancadas.
Operaciones básicas de la explotación.
Talleres de soldadura y otros (humos notrosos)
AIRE EXHALADO POR LOS PULMONES
79 % Nitrógeno 79 % Nitrógeno
17 % Oxígeno 16 % Oxígeno
4 % Anhídrido
Carbónico
5 % Anhídrido
Carbónico
100 % Total 100% Total
Este aire exhalado, ya no es apto para la respiración normal porque el porcentaje de
oxigeno mínimo para respirar es de 19,5 % y el máximo permitido de CO2 es de 0,5 %
por lo que hay que proveerse de aire nuevo para que el CO2 no vaya creciendo y vaya
disminuyendo el O2 y la persona muera por asfixia, que es diferente del caso de
deficiencia de Oxigeno sin aumento de CO2 .
2.11 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES CONTAMINANTES
2.11.1 MATERIAL PARTICULADO Polvo
VENTILACIÓN Página 19
El polvo está compuesto por partículas sólidas de distintos tamaños, el cual está
presente en paredes, techo y piso de las labores mineras. Se produce por el desgaste de
material sólido de mayor tamaño por lo que existen polvos de distinta composición
química, dependiendo de su procedencia. Dependiendo de su tamaño, el polvo se puede
suspender en el aire, siendo por regla general que el polvo de menor peso es el que
permanece mayor tiempo suspendido en el aire.
Es importante hacer la distinción entre una partícula de polvo, y un conjunto de material
articulada.
Una partícula está caracterizada por las siguientes propiedades:
Tamaño
Composición
Forma
En cuanto al tamaño, en este trabajo se usará para todos los efectos, el diámetro
aerodinámico de partícula, el cual se define como el diámetro que tendría una esfera de
densidad de 1 g/cm3 para caer a la misma velocidad terminal que la partícula.
La composición define de que está hecha la partícula, pudiendo tener implicancias en
las reacciones químicas que podría tener esta, también se relaciona con la densidad,
característica importante, pues mientras menor densidad tenga una partícula, para un
mismo volumen, mayor tiempo estará suspendida en el aire.
La forma también es un concepto relevante, en general, las partículas esféricas tenderán
a caer más rápido que las partículas que tengan formas laminares, las cuales ofrecen
mayor resistencia en el aire, y permanecen suspendidas más tiempo.
En cuanto a los sistemas particulados, estas propiedades son tratadas de manera
estadística, el tamaño de las partículas es caracterizado por las curvas granulométricas,
la cual es una curva de distribución del tamaño de partícula.
Las partículas de menor tamaño tienden a permanecer suspendidas mayor tiempo en el
aire, específicamente, las partículas cuyo diámetro aerodinámico es menor a cinco
micrones, tiende a permanecer mucho tiempo suspendido en el aire. Debido a que este
polvo puede ser inhalado y a que su contenido de sílice al alojarse en los pulmones
causa silicosis, grave enfermedad que puede provocar la muerte e invalidez física.
Es importante determinar la composición general del polvo, pues la normativa es
variable dependiendo de la cantidad de sílice presente en él. Además, en el polvo
normalmente se encuentra material particulado producto de la combustión incompleta
VENTILACIÓN Página 20
del diesel, el cual puede ser controlado antes de ser emitido al ambiente, mediante la
colocación de un filtro en el tubo de escape del vehículo.
Gases de escape equipos diesel
Monóxido de carbono
El monóxido de carbono, a temperatura ambiente es un gas inodoro, incoloro,
inflamable y tóxico en altas concentraciones, en la actividad minera se produce
principalmente por el uso de combustibles diesel y por la tronadura, se mide por su
concentración en volumen en el aire. Hasta ahora no existe una manera efectiva de
removerlo del aire. El uso de catalizadores de oxidación diesel, contribuye a controlar
este contaminante antes de que sea emitido, pero su implementación aumenta la emisión
de sulfatos y sulfuros, además de transformar el monóxido de nitrógeno (NO) en
dióxido de nitrógeno (NO2) el cual es más peligroso para la salud. Otros mecanismos
de control, son el uso de motores con nuevas tecnologías de bajas emisiones, y el uso de
biodiesel (Schnakenberg, G. & Bugarsk, A., 2002).
En la práctica, para que este gas alcance concentraciones nocivas para la salud al
interior de la mina, se inyecta aire, diluyéndolo.
Óxidos de nitrógeno
Familia de gases compuestos principalmente por oxígeno y nitrógeno, los más
peligrosos son el monóxido y el dióxido de nitrógeno, gases tóxicos para el ser humano
en concentraciones menores que el monóxido de carbono. También son producto de la
combustión del diesel y de los gases generados en la tronadura. Tienden a reaccionar
rápidamente, por lo que de acuerdo a los casos estudiados de recirculación, mientras
más tiempo permanece en el aire, más baja su concentración.
Si bien las tecnologías que han mostrado reducciones en las emisiones de CO, también
han registrado reducciones en las emisiones de óxidos de nitrógeno, también es posible
que aumenten sus emisiones, por lo que en la práctica la única manera segura de
controlarlos es diluyéndolos con aire.
Aldehído fórmico
Es el compuesto químico más simple de la familia de los aldehídos, formado por
oxígeno, carbono e hidrógeno. A temperatura ambiente es un gas incoloro, muy
inflamable. A concentraciones superiores a 6 ppm en volumen provoca malestares como
irritación en los ojos y mucosidades. Sobre los 30 ppm, puede ser letal.
VENTILACIÓN Página 21
2.12 LEYES DEL VENTILADOR Se considera N = la velocidad de rotación del ventilador. La forma en que afecta al
volumen de aire movido, a la presión capaz de producir y a la energía absorbida
por el ventilador, constituyen las leyes de rendimiento básico de cualquier ventilador
Estas relaciones son:
Q ≈ N
H ≈ N²
P ≈ N³
Estas leyes se aplican prescindiendo del sistema de unidades usadas, siempre que sean
consistentes. Su importancia radica en que si la resistencia del sistema contra el cual
está operando el ventilador no cambia, aunque aumentamos la velocidad del ventilador,
por ejemplo al doble:
Q1/Q2 = N1/N2 = ½ > Q2 = 2 x Q1 (El Caudal aumenta al doble)
H1/H2 = (N1/N2)² = ¼ > H2 = 4 x H1 (La Presión aumenta 4 veces)
P1/P2 = (N1/N2)³ = 1/8 > P2 = 8 x P1 (La Potencia aumenta 8 veces)
Esto indica que la decisión de aumentar la velocidad del ventilador tiene efectos
considerables en la energía requerida.
2.13 MEDIDAS DE SEGURIDAD
VENTILACIÓN Página 22
La ventilación es una de las instalaciones más importantes en cualquier obra
subterránea, ya que es la encargada de la evacuación del polvo y de los gases nocivos y
peligrosos y también tiene la función de hacer llegar a toda la obra el aire fresco
necesario. Es por ello que se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:
Evitar la recirculación del aire.
Instalación de controles y aparatos de medición de la calidad del aire.
La ventilación de la galería o pozo en construcción debe ser tal que en cada área
de trabajo la dilución de los humos y gases debe estar por debajo de los lí- mites
peligrosos. La temperatura de es- tas zonas no debe sobrepasar los 27 °C.
Se debe realizar un mantenimiento eficaz de todas las instalaciones y de los
ventila dores.
Evitar codos y curvas, ya que es ahí donde se producen las mayores pérdidas de
carga.
VENTILACIÓN Página 23
La cantidad mínima de aire por persona debe ser de 3 m3 por minuto y 1 m3 por
kW de potencia para máquinas eléctricas y 6 m3 por kW para máquinas diesel.
La concentración promedio se determinará midiendo durante un periodo de seis (06)
meses en cada una de las áreas de trabajo. El contenido de polvo por metro cúbico de
aire existente en las labores de actividad minera debe ser puesto en conocimiento de los
trabajadores. (Geológicas)., 2011)
2.14 CIRCUITOS COMPLEJOS: Cuando la conexión entre las galerías se hace más complicada, no pudiendo reconocer
en el circuito conexiones en paralelo, serie o diagonal, se debe recurrir a otros métodos
de cálculo más complejos que, generalmente, requieren ayuda de instrumentos y/o
computadores.
Software de equilibrio de redes de ventilación:
Una vez resuelto el caudal resultante, se puede realizar una simulación de la malla
definitiva del proyecto, imponiendo en la rama que representa la estocada en que se
instalará el ventilador principal, el caudal de aire de diseño y la presión estática del
punto. El trazado estará compuesto además por la vía principal de aire fresco y la
chimenea de extracción general conectada con la superficie.
Para imputar los datos de cada una de las ramas, se define una malla equivalente
tomando como soporte por ejemplo, el dibujo en AutoCad del circuito asociado al
Proyecto. Se carga el software con la malla real del circuito, asignando las cotas y
largos reales a cada tramo.
VENTILACIÓN Página 24
Para la simulación, se requieren los siguientes parámetros generales:
Densidad del aire : 1,2 Kg./ m³ (sin factor de corrección)
Eficiencia del Ventilador : 75% (por defecto)
Coeficientes de fricción : K
Para abordar las distintas situaciones a las que se verá enfrentada la explotación del
proyecto, se generan varios escenarios representativos. Cuando se desea evitar que el
caudal de aire aumente en demasía en una dirección, se deberá adecuar un regulador
cuya dimensión variará de acuerdo a cada escenario.
El escenario más desfavorable o de mayor resistencia debe sensibilizarse con los valores
del consumo de energía y de la construcción. Entre dos alternativas que presenten un
gasto combinado energético y de construcción similar, se preferirá aquélla que acepte
mayor caudal de aire, por si las condiciones de explotación de otro sector así lo
necesitan.
De acuerdo al resultado de esta simulación, que entrega como producto final el “punto
de operación del sistema” (ejemplo: Caudal Q = 1.600 m³/min. y Caída de presión
Ps = 127 mm. de columna de agua), se seleccionarán los ventiladores de la instalación.
3 CAPITULO III
3.1 VENTILACIÓN EN MINAS DE CARBÓN La inyección de aire fresco a una mina de carbón, debe estar ubicada y
construida de tal manera que no haya posibilidad alguna de ser afectada por
derrumbes y obstrucciones, o que las corrientes de aire puedan ser contaminadas
con polvo de carbón o humo en casos de incendio.
Las minas, sectores y frentes de explotación de carbón, deberán disponer de dos
galerías de ventilación. Por una de estas vías se introducirá el aire fresco
requerido y por la otra se extraerá el aire viciado. Estas vías se denominarán
principal y revuelta, respectivamente.
VENTILACIÓN Página 25
Los reguladores de ventilación no deben ubicarse en galerías de acceso o de
transporte. Los ductos de ventilación y los ventiladores, deberán poseer descarga
a tierra.
Las puertas principales de ventilación y sus marcos, deben ser construidos de
materiales incombustibles o resistentes al fuego y empotrados en la galería.
Tales puertas, serán dobles cuando constituyan la única separación entre los
flujos de aire principal de entrada y de retorno de la mina. Deben instalarse
convenientemente espaciadas para que durante su utilización, como el paso de
personas y/o materiales, a lo menos una de ellas permanezca cerrada. Así
VENTILACIÓN Página 26
también, la puerta que esté abierta, debe estar bien sujeta a la caja, de manera
que esta no se cierre por efecto de caudales de aire.
En las minas en que se haya comprobado la presencia de gases explosivos, estará
prohibido ventilar los “frentes” de explotación por medio de una inyección de
aire.
En las faenas de la minería del carbón se deberá contar con un barómetro
ubicado en un sitio apropiado en superficie, a fin de conocer la tendencia de la
concentración de metano en el interior, cuando la presión barométrica desciende.
En toda faena carbonífera subterránea, deberán efectuarse mediciones del
contenido de metano, después de cada disparo. Este control debe ser efectuado
por personal calificado. (Minería, 2009)
No serán considerados lugares aptos para la presencia de personas, los frentes de
trabajo, vías de acceso o de comunicación, si el aire contiene más de un 2% de
metano, en los frentes de arranque y más de un 0,75% de metano en las galerías
de retorno general del aire de la mina.
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4 CONCLUCIONES La ventilación debe ser fundamental en toda mina, ya que es quien garantiza las
condiciones necesarias para un óptimo entorno en término de las condiciones
atmosféricas de la mina.
Es necesario establecer los requerimientos de aire para la explotación minera de acuerdo
al personal en la mina, la dilución de gases tanto metano propio de la explotación como
los generados por voladura y el control de polvo.
Se deben mantener las vías de ventilación bajo constante mantenimiento y libre de
obstáculos que puedan generarle resistencia al caudal de aire que circula en la mina.
5 RECOMENDACION Cero recirculaciones con rutas de entrada de aire limpio y evacuación de gases definidas
Generar un sistema de ventilación eficiente y económica. El programa por sí solo no
generara un sistema de ventilación eficiente; se necesita de la lógica y la experiencia del
ingeniero para generar dicho sistema.
VENTILACIÓN Página 28
6 ANEXOS
Figura Esquema de circulación del aire en un ventilador centrífugo.
Figura: Ventiladores axiales
VENTILACIÓN Página 30
7 GRÁFICOS DEL TRABAJO
OBJETIVOS SOPLANTE ASPIRANTE-SOPLANTE
(Mixta)
ASPIRANTE
Facilidad de
instalación.
• Es de instalación
sencilla.
• Permite el empleo de
tuberías de lona, sin
armadura, de fácil
manejo.
• Es la más económica.
VENTAJA
• Es de instalación más
compleja.
• Requiere tuberías
rígidas, o si son de
lona, que esté armada
con espiral de acero.
• Más costosa.
INCONVENIENTE
Cuando se avanza la
galería con
EXPLOSIVOS, suele
utilizarse uno de los
otros dos esquemas,
para que el aire
llegue bien al frente.
Si la labor es
grisuosa, ello es,
además obligado
(ITC 05.0.03 ap.2).
El esquema
aspirante, se reduce
casi exclusivamente
al avance con
minadores y
máquinas de corte,
para evacuar más
rápidamente el
Temperatura en el
frente.
• El aire se conduce
muy rápido y llega al
frente más frío
VENTAJA
• El aire entra muy
lentamente y se
calienta antes de
llegar al frente.
INCONVENIENTE
POLVO,
GASES en el
FRENTE,
NIEBLAS.
• Todo el aire de la
instalación se dirige
al frente, creando en
él buenas
condiciones.
VENTAJA
• En general, la
instalación
SOPLANTE del
frente sólo mueve
una fracción del aire.
• Si la instalación de
VENTILACIÓN Página 31
Si la tubería está bien
instalada
tuberías no es buena,
su corta longitud
garantiza siempre el
movimiento de aire
en el corte.
• En general:
INCONVENIENTE
polvo.
Por estas razones, no
consideramos este
tema en la Guía de
Selección.
GASES
de la
VOLADURA.
• Deben retornar por
galería, ocasionando
problemas al
personal
INCONVENIENTE sobre todo si el fondo
de saco es largo, pero
se evita realizando
una buena
instalación.
• Los gases retornan
por la tubería (salvo
la parte que pueda
recircular) evitando
que el personal tenga
que respirarlos
VENTAJA sobre todo si el fondo
de saco es largo y la
instalación no es
buena.
8 Bibliografía
AGUIRRE ZARATE, H. (2013). TESIA DE VENTILACION MINERA. HUANCAVELICA.
EM, D. 0. (2010). REGLAMENTO DE SEGURIDAD MINERA 055.
Geológicas)., I. H. (2011). Manual técnico. 1.ª edición: Mayo, 2011.
Minería, S. N. (2009). OPERACIÓN PARA LA PEQUEÑA MINERÍA.
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