Monografía-Ventilación Minera y subterránea

7/22/2019 Monografa-Ventilacin Minera y subterrnea

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VENTILACIN MINERA Y SUBTERRNEA ERGONOMIA


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INDICE

I. GENERALIDADES......................................................................................................4

1. DEFINICIONES ......................................................................................................4

A. Venlacin ..............................................................................................4

B. Venlacin Forzada.................................................................................4

C. Venlacin Natural .................................................................................4

D. Venlacin selecva ...............................................................................4

E. Inltracin...............................................................................................5

F. Venlacin industrial ..............................................................................5

G. Venlacin Minera..................................................................................5

H. Ergonoma...............................................................................................5

I. Gaseado ..................................................................................................5

J. Enfermedad Profesional .........................................................................5

K. Enfermedad Ocupacional........................................................................6

2. OBJETIVOS ...........................................................................................................6

II. NOCIONES PRELIMINARES........................................................................................6

1. Condiciones de trabajo, seguridad y salud ocupacional en la minera del Per . 6

2. Marco Normavo Nacional..................................................................................7

A. Constucin Polca del Per ................................................................. 7

B. Ley General de la Salud...........................................................................7C. Cdigo Civil .............................................................................................7

D. Cdigo Penal ...........................................................................................7

3. Competencia Administrava sobre la Seguridad y Salud en el Trabajo............... 7

III. EFECTOS EN LA SALUD Y FUENTES DE ORIGEN DE LOS CONTAMINANTES ...................8

1. Estadsca ............................................................................................................8

2. Fuentes y efectos en la salud ...............................................................................9

3. Lmites mximos permisibles de los gases ms frecuentes en las minas .......... 10

IV. PLANIFICACIN DE LA VENTILACIN.......................................................................10

1. Mapeo de venlacin ........................................................................................10

2. Consecuencias de un mal control minero .........................................................11

3. Causas posibles de una falta de venlacin ......................................................11

V. DESCRIPCIN GENERAL DE LOS MTODOS DE VENTILACIN DE MINAS: ..................13

1. Venlacin Natural: ...........................................................................................14

2. Venlacin Auxiliar: ...........................................................................................15

3. Uso de Aire Comprimido: ..................................................................................17

VI. CALCULOS DE LOS CAUDALES REQUERIDOS: ...........................................................19


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1. Generalidades para los clculos: .......................................................................19

2. Requerimientos de aire: ....................................................................................20

3. Flujo de aire en Galeras o Ductos (Ley de Atkinson) ........................................ 24

4. Circuitos Bsicos de Venlacin en Minas.........................................................25

VII. SELECCIN DE VENTILADORES:...............................................................................27

1. Clasicacin de los Venladores........................................................................27

2. Punto de Operacin del Sistema: ......................................................................29

3. Potencia del motor: ...........................................................................................29

VIII. LEYES DEL VENTILADOR:.........................................................................................30

IX. CIRCUITOS COMPLEJOS: .........................................................................................31

1. Soware de equilibrio de redes de venlacin: ................................................ 31

2. Sistema de monitoreo y control centralizado:................................................... 32ANEXO ..............................................................................................................................32

Requerimientos de aire: .................................................................................................32

A. Caudal requerido por el nmero de personas:..................................... 33

B. Caudal requerido por desprendimiento de gases: ............................... 33

C. Caudal requerido por temperatura: ..................................................... 33

D. Caudal requerido por el polvo en suspensin: ..................................... 34

E. Caudal requerido por la produccin: .................................................... 34

F. Caudal requerido por consumo de explosivo: ...................................... 35

G. Caudal requerido por equipo Diesel: .................................................... 35


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Ergonomia 4

VENTILACIN MINERA YSUBTERRNEA- MONOGRAFA

I. GENERALIDADES1. DEFINICIONES

A.VentilacinPuede definirse ventilacin como aquella tcnica que permite sustituir el

aire del ambiente interior de un local, considerado inconveniente por su

falta de pureza, temperatura inadecuada o humedad excesiva, por otro

exterior de mejores caractersticas.

B.Ventilacin ForzadaEs la que se realiza mediante la creacin artificial de depresiones o

sobrepresiones en conductos de distribucin de aire o reas del edificio.

stas pueden crearse mediante extractores, ventiladores, unidades

manejadoras de aire (UMAs) u otros elementos accionados

mecnicamente.

C. Ventilacin NaturalEs la que se realiza mediante la adecuada ubicacin de superficies, pasos oconductos aprovechando las depresiones o sobrepresiones creadas en eledificio por el viento, humedad, sol, conveccin trmica del aire o cualquierotro fenmeno sin que sea necesario aportar energa al sistema en formade trabajo mecnico.

Tanto la ventilacin natural como la forzada se pueden especializar ms ydividir de la siguiente forma:

Ventilacin por Capas.

Ventilacin Cruzada. Ventilacin por Inyeccin de Aire o Sobrepresin.

Ventilacin por Extraccin de Aire o Presin Negativa.

Ventilacin Localizada o Puntual.

Ventilacin General.

D.Ventilacin selectivaLa Ventilacin selectiva es una estrategia de diseo bioclimtico deedificios propuesta porGivonicuando el contenido de humedad del aire esbajo y de aplicarse estrategias como laventilacin cruzadael edificio

tendra incomodidad higrotrmica. Esto debido a que una corriente de airecon bajo contenido de humedad sobre la piel produce su desecacin con el


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consiguiente disconfort.

En estos casos la ventilacin selectiva se aprovecha de la diferenciadeentalpaentre el aire diurno y nocturno favoreciendo el refrescamientode los espacios interiores de los edificios.

Esto implica que durante el da la ventilacin de los locales ser mnima ydebern ser umbrios (sombreados) reduciendo todo lo posible la incidencia

de la radiacin solar directa y difusa. Con esto se pueden mantener los

locales frescos.

E. InfiltracinEs la entrada de aire desde exterior por fenmenos o usos en principio noconsiderados, pero que afectan o son asumidos para la ventilacin, porejemplo, rendijas en puertas o difusin a travs de determinadassuperficies.

F. Ventilacin industrialLa ventilacin industrial se refiere al conjunto de tecnologas que se utilizan

para neutralizar y eliminar la presencia de calor, polvo, humo,gases,

condensaciones, olores, etc. en los lugares de trabajo, que puedan

resultar nocivos para la salud de los trabajadores. Muchas de

estas partculas disueltas en la atmsfera no pueden ser evacuadas al

exterior porque pueden daar el medio ambiente.

G.Ventilacin MineraLas actividades mineras dotaran de aire limpio a las labores de trabajo de

acuerdo a las necesidades del personal, las maquinarias y para evacuar los

gases, humos y polvos suspendidos que pudieran afectar la salud del

trabajador.

La ventilacin es la tcnica ms utilizada para controlar los contaminantes

de aire en una mina.

H.ErgonomaEs la ciencia, llamada tambin ingeniera humana, que busca optimizar la

interaccin entre el trabajador, mquina y ambiente de trabajo con el fi nde adecuar los puestos, ambientes y la organizacin del trabajo a las

capacidades y caractersticas de los trabajadores, a fi n de minimizar

efectos negativos y, con ello, mejorar el rendimiento y la seguridad del

trabajador.

I. GaseadoEs un trmino que se emplea para indicar que una persona o varias han

sido afectadas por un gas que sobrepasa sus lmites permisibles.

J. Enfermedad ProfesionalEs todo estado patolgico permanente o temporal que sobreviene al
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trabajador como consecuencia directa de la clase de trabajo que

desempea o del medio en el que se ha visto obligado a trabajar. Es

reconocida por el Ministerio de Salud.

K. Enfermedad OcupacionalEs el dao orgnico o funcional ocasionado al trabajador como resultado dela exposicin a factores de riesgos fsicos, qumicos, biolgicos y/o

ergonmicos, inherentes a la actividad laboral.

2. OBJETIVOS Proveer el aire necesario para la vida y normal desempeo de los

hombres y buen funcionamiento de las mquinas y equipos.

Diluir y extraer los gases asfixiantes, txicos y/o inflamables que se

generan espordica y permanentemente en la mina. Controlar las concentraciones de polvos nocivos para la salud y

perjudiciales para el funcionamiento de las mquinas y equipos mineros,

mediante filtracin, humidificacin, dilucin y extraccin.

Controlar la temperatura ambiente de la mina mediante calefaccin o

refrigeracin.

Controlar los flujos de aire en la mina en casos de incendios subterrneos.

A fin de lograr este objetivo ser necesario:Garantizar una dotacin de aire fresco y limpio tanto a los frentes de trabajo,

aprovechando las condiciones naturales y empleando medios auxiliares.

El mtodo ms comn para cumplir esta funcin, es hacer circular aire

fresco y limpio en forma continua.

El diseo de un sistema de ventilacin de mina puede considerarse en dos

partes:

a)

El planeamiento de las necesidades de aire en las labores subterrneas ;y

b) El planeamiento de la distribucin del flujo de aire a fin de satisfacer

dichas necesidades.

II. NOCIONES PRELIMINARES1. Condiciones de trabajo, seguridad y salud ocupacional en la

minera del Per


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La explotacin Minera en el mundo tiene repercusiones econmicas,

ambientales, laborales y sociales.

La minera en general se desarrolla alejado de centros urbanos.

Se trabaja con factores fsicos adversos ( iluminacin, nivel de ruido,

vibraciones, trabajo en altura y otros ). Las jornadas de trabajo son extendidas a mas de 10 horas y en algunos

casos a mas de 40 das consecutivos.(siendo las jornadas de 14 dias x 7

dias o 20 dias x 10 dias en la mayoria de las mineras)

Trabajos en turnos nocturnos y aislados de sus compaeros.

No se encuentra informacin estadstica de salud ocupacional.

2. Marco Normativo NacionalA.Constitucin Poltica del PerArt. 7, 9 y 59.- Derecho de todos a la proteccin de la salud, elmedio familiar y de la comunidad; hay elementos para obligar al

Estado, empleadores y trabajadores para prevenir y resolver los

problemas

B. Ley General de la SaludCap.VII sobre Higiene y Seguridad en los ambientes de trabajo

Art. 100. Establece la obligacin por parte de quienes conducen

o administran actividades de extraccin, produccin, transporte y

comercio de bienes o servicios de adoptar las medidas necesarias

para garantizar en sus ambientes de trabajo, la promocin de la

salud y la seguridad de los trabajadores y de terceras personas.

C. Cdigo CivilArt. 1970. Seala Aquel que mediante un bien riesgoso o

peligroso o por el ejercicio de una actividad riesgosa o peligrosa

causa un dao a otro, esta obligado a repararlo

D.Cdigo PenalSe tipifica los delitos de violacin a la libertad de trabajo entre ellos

El que obliga a otro, mediante violencia o amenaza a trabajar sinlas condiciones de seguridad e higiene industriales determinadas

por la autoridad.

3. Competencia Administrativa sobre la Seguridad y Salud en elTrabajo

Ministerio de Salud (MINSA)

Ministerio de Energa y Minas (MEM)

- D.S. 014-92-EM Ley General de Minera Art. 209 al 213


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Disposiciones sobre Higiene y Seguridad en el Trabajo.

- DS 055-2010- EM Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional

en Minera

- Ley 27474 Ley de Fiscalizacin de la Actividades Mineras

Art. 17.- Los Fiscalizadores Externos o representante de las Empresassern considerados como Funcionarios Pblicos

Ministerio de Trabajo y Promocin Social (MTPS)

III. EFECTOS EN LA SALUD Y FUENTES DE ORIGEN DE LOSCONTAMINANTES

1. Estadstica

Datos al 30/06/2013

Fuente: MEM/DTM


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2. Fuentes y efectos en la saludGAS FUENTE EFECTO LPP ppm

(mg / m3)

LPA ppm

(mg/ m3)

Monxido de Carbono

(CO) Incoloro, inspido y

sin olor

Tronadura, Combustin

incompleta, Escape

motores

Venenoso Desplaza hemoglobina 40 (46) 458

Anhdrido Carbnico

(CO2) Incoloro, saborcido y sin olor

Descomposicin orgnica,

Tronadura, cualquiercombustin

Sofocamiento, Aceleracin

respiratoria

4000

(7.200)

54.000

Anhdrido Sulfuroso (SO2)

Incoloro, Irritante, olor

sulfuroso fuerte

Tronadura Ataca (H2SO4) mucosas de ojos,

nariz y garganta.

1,6 (4) 13

cido Sulfhdrico (H2S)

Incoloro, Dulce, olor a

huevos podridos

Tronadura,

descomposicin orgnica y

de minerales

Muy Venenoso Irrita mucosas y

ataca el sistema nervioso

20 (25) 21


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xidos de Nitrgeno

(NxOy) (NO2) Rojizo,

inspido y sin olor

Tronadura ANFO y

Combustin Diesel

Ataca (HNO3) tejidos pulmonares,

puede tener efecto retardado

25 -

Metano( CH4))

Incoloro, inspido y sin

olor

Natural de yacimientos de

Carbn

Sofocante, Explosivo 10.000

(1%)

10.000 (1%)

Lmite Permisible Ponderado (LPP) Para exposicin tpica jornadas de 8

horas continuadas y 48 horas/semana

Lmite Permisible Absoluto (LPA) Lmite que no puede excederse en ningn

momento.

EFECTOS DE LA DEFICIENCIA DE OXIGENO.

Contenido de Oxgeno Efectos

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.

3. Lmites mximos permisibles de los gases ms frecuentes en lasminas

GAS EN PPM. (%)

O2 - 19,5%, mnimo

CO 25 0,0025%

NOx 5 0,0005%

CO2 5 000 0,5%

SO2 5 0,0005%

H2S 10 0,001%

CH4 5 000 0,5%

H2 5 000 0,5%

Aldehidos 5 0,0005%

IV. PLANIFICACIN DE LA VENTILACIN1. Mapeo de ventilacin

El mapeo de ventilacin es realizado por dos grupos de trabajadores

entrenados en levantar mensuras de ventilacin usando anemmetros,


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Ergonomia 11

manmetros y psicrmetros, y mensuras de calidad del aire usando

detectores de gases como Passport, Draguer, etc.

Medicin de velocidad del aire

Antes que una mina empiece a operar, la empresa debe decidir sobre lo

siguiente:

Qu tipo de mtodos de explotacin sern usados?

Cuantas reas/secciones se operarn?

Cul es la extensin de las reservas y sern estas explotadas con un

sistema de chimeneas?

Cul es la cantidad y tamao de los tneles a ser explotados?

Cul es la profundidad e inclinacin de las reservas?

Qu servicios se requieren en los socavones?

El trazado de la mina y los tiempos de las actividades?

2. Consecuencias de un mal control minero Mal desempeo de los trabajadores, lo que repercute en una mala

productividad. Hombre/turno.

Se producen enfermedades profesionales: Enfermedades generadas

por polvos: Neumoconiosis Ejm. Silicosis, Siderosis, Talcosis,

Antracosis, etc. Posibles explosiones o incendios, que se pueden traducir en:

- Prdidas humanas

- Prdida de equipos

- Paralizacin de las tareas.

3. Causas posibles de una falta de ventilacinPuede ser debida a las siguientes causas, estas son:


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La profundidad de la mina.

No respetar los reglamentos establecidos.

Las malas condiciones de los circuitos: longitud, seccin, obstculos, etc.

Mala utilizacin de las puertas de ventilacin.

Porcentajes altos de gases nocivos. La humedad del aire.

En la ventilacin minera existen tres tipos de control:

Control de Calidad

Control de cantidad

Control termo ambiental

a)

Control de Calidad.- Asegura que los contaminantes gases y polvos no rebasenlos niveles tolerables o permisibles y comprende:

Determinacin de los gases nocivos en el ambiente mantenindolos dentro

de los niveles permisibles.

Control de polvo ambiental

Concentracin en el ambiente

Tamao de las partculas

Composicin mineralgica

Tiempo de exposicin

b) Control de Cantidad.- Comprende:

Control de velocidad del aire

Verificacin del caudal del aire de acuerdo a las normas

Control de distribucin del aire dentro de las labores

Determinacin de prdidas del aire por el circuito

Estudio de las resistencias de las labores mineras

Eleccin e instalacin de ventiladores y ductos de ventilacin

Proyectos y comprobacin de las redes de distribucin

c) Control termo ambiental Medidas de temperatura

Humedad relativa

Velocidad del aire

Las necesidades de aire al interior de la mina, deben ser determinadas enbase al personal y el nmero de equipos que trabajan al interior de las


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Ergonomia 13

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: ANEXO

Caudal requerido por el nmero de personas.

Caudal requerido por desprendimiento de gases

Caudal requerido por temperatura.

Caudal requerido por el polvo en suspensin

Caudal requerido por la produccin.

Caudal requerido por consumo de explosivos

Caudal requerido por equipo Diesel

Clculo de los caudales parciales de aire por cada operacin:

a) Perforacin Mecanizada (Jumbo)

b) Carguo de explosivos, acuaduras y trabajos varios interior mina.

c) Tronadura de avance (tiempo de dilucin de 30 minutos)

d) Tronadura de banqueo (tiempo de dilucin 180 minutos)

e) Caudal requerido por la produccin.

f) Caudal requerido por carguo y transporte

V. DESCRIPCIN GENERAL DE LOS MTODOS DEVENTILACIN DE MINAS:


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Ergonomia 14

1. Ventilacin Natural:Es el flujo natural de aire fresco al interior de una labor sin necesidad de

equipos de ventilacin. En una galera horizontal o en labores de

desarrollo en un plano horizontal no se produce movimiento de aire. En

minas profundas, la direccin y el movimiento del flujo de aire, se

produce debido a las siguientes causas: diferencias de presiones, entrela entrada y salida. Diferencia de temperaturas durante las estaciones.

Flujo De Aire

El aire fresco o atmosfrico que

ingresa a mina, sale como aire

contaminado con un menorcontenido de oxgeno.

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.


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Ergonomia 15

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 susoperaciones.

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.

Velocidad del aire en labores

subterrneas

En toda labor la velocidad del

aire no ser menor de : 20

m/min (0.33 m/s); ni superior a

250 m/min (4.2 m/s)

Cuando se emplee explosivo

ANFO u otros agentes de voladura la velocidad del aire no ser

menor de: 25 m/min (0.42 m/s)

Artculo 236 DS-055-2010-EM.

El titular minero dotara de aire limpio a las labores de


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Ergonomia 16

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.

Por extensin, esta definicin la aplicamos al laboreo de tneles desde la

superficie, aun 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 esusar 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


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Ergonomia 17

sistema aspirante el preferido para su ventilacin, aun 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 los 400 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 tenerun 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).

3.

Uso de Aire Comprimido:


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Ergonomia 18

Por su alto costo, en relacin a la ventilacin mecanizada, el uso del aire

comprimido para atender la aireacin de desarrollos debe limitarse

exclusivamente a aquellas aplicaciones donde no es posible por razones

prcticas el utilizar sistemas auxiliares de ventilacin como es el caso

particular del desarrollo manual de chimeneas o piquesinclinados.

Figura 1.

El uso de sopladores de aire comprimido para ventilar los desarrollos

horizontales, se debe limitar a aquellas galeras de pequea seccin que

por la falta de espacio fsico no hacen posible los tendidos de mangas de

ventilacin y para acelerar la salida de los gases en los sistemasaspirantes, instalando los sopladores en el extremo de la caera de aire

comprimido cercana a las frentes (zona muerta), siempre que no sea

posible el uso de ventiladores elctricos porttiles con manga lisa que

impulse aire a la frente en avance.


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Ergonomia 19

Art. 236 D.S. 055-2010. En las labores de desarrollo y preparacion seinstalara mangas de ventilacion a no menos de quince (15) metros

del frente de disparo.

VI. CALCULOS DE LOS CAUDALES REQUERIDOS:1. Generalidades para los clculos:

El objetivo principal de un estudio de ventilacin de minas, es

determinar la cantidad y calidad del aire que debe circular dentro de

ella.

Los factores que influyen en la determinacin de este caudal, dependen


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Ergonomia 20

de las condiciones propias de cada operacin y del mtodo de

explotacin utilizado.

El caudal necesario, para satisfacer las necesidades tanto del personal

como de los equipos que en conjunto laboran al interior de la mina, se

establecen de acuerdo a los requerimientos legales, normas de confort y

eficiencia del trabajo.

Este caudal debe garantizar la dilucin de los gases generados tanto por

los equipos y maquinarias de combustin interna (Diesel), como los

gases provenientes de la tronadura y los polvos asociados a las distintas

operaciones.

El aire, al pasar por una mina sufre cambios en su composicin,

principalmente de disminucin de oxgeno. En minas poco profundas, el

clima dentro de las minas, no presenta mayores preocupaciones, perocuando tienen profundidades superiores a

1.000 metros, ste es un problema que debe ser atendido.

La accin de temperaturas elevadas sobre el personal, pueden incluso

provocar la muerte.

Ventiladores Minas de Carbn en Virginia, U.S.A.

2.

Requerimientos de aire:

Aire AtmosfricoEl aire atmosfrico es una mezcla de una serie de gases, cada uno de los

cuales tiene propiedades fsicas y qumicas propias.

La composicin del aire puro seco es:

Gases % en Volumen % en Masa


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Ergonomia 21

NitrgenoOxgenoDixido de CarbonoArgn, helio, nen, etc.

78,0920,950,030,93

75,5323,140,0461,284

Propiedades del Aire

- Densidad.

- Gravedad Especfica.

- Presin Atmosfrica.

- Humedad Relativa.

- Temperatura.

- Viscosidad

La densidad del aire a nivel del mar y a 21 grados centgrados es de 1,2

Kg/m3.En atmosferas normales, el aire seco no existe ya que normalmente

contiene un porcentaje variable de vapor de agua (0,1 y 4% de su

masa)

La masa de un gas determinado presente en un espacio de 1m3

depender de su temperatura y la presin ejercida sobre el mismo.

La presion ejercida en un gas estara constituida por la presion

atmosferica y las presiones adicionales generadas por mediosmecanicos tales como ventiladores o compresores.La humedad del aire en la mina proviene de la humedad que entra del

exterior y de la evaporacin de las aguas interiores. Se mide con el

higrmetro. Tambin la temperatura se ve modificada por distintas

razones:


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Ergonomia 22

A parr de los 300 metros

de profundidad la

temperatura de la roca

asciende 1 C cada 33

metros.

Deshulle.Complejidad del recorrido de

las galeras.

Calentamiento de tuberas

y maquinas.Oxidaciones. Personal.

Para conseguir una buena temperatura ambiente hay que aislar o

disminuir las fuentes de calor, mejorar la ventilacin y realizar acciones

complementarias refrigerantes.

El Aire y la Altura

En las alturas el % de oxigeno de 20,95 % disminuye a 19,5 % y su

densidad baja de 1,2 Kg/m3 a 0,75 Kg/m3 segn altitud.

A una altura de aproximadamente 4500 msnm. La densidad es de 0,75

Kg/m3, existe una disminucin de oxgeno el cual se debe a que en la

altura la presin baromtrica disminuye y con ello la presin parcial del

oxgeno disminuye, disminuye el nmero de molculas de oxgeno en unpie Cbico requeridos por la sangre.

Por esto cuando inhalamos el aire en la altura sentimos los efectos del

sueo, dolor de cabeza, mareos, debido a la presin y a la menor

cantidad de oxgeno.

Aire Atmosfrico de la Mina

El aire atmosfrico al ingresar a la mina sufre cambios en su

composicin. El N2 sube, el O2 baja, aumenta el CO2 y tambin se

produce aumento de vapor de agua.

Existe generacin de gases y polvos que tambin se suman a esta nueva

composicin aumenta su T, humedad y peso especfico.

Causas:

- Respiracin de los hombres

- Equipos de combustin interna

- Voladuras e incendios (Explosivos nitrosos, ANFO)

- Descomposicin de sustancias o materiales minerales y/u


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orgnicas.

- Presencia de aguas estancadas.

- Operaciones bsicas de la explotacin.

- Talleres de soldadura y otros (humos nitrosos)

Aire exhalado por los Pulmones

79 % Nitrgeno 79 % Nitrgeno17 % Oxgeno 16 % Oxgeno

4 % Anhdrido Carbnico 5 % Anhdrido Carbnico

100 % Total 100% Total

Este aire exhalado, ya no es apto para la respiracin normal porque el

porcentaje de oxigeno mnimo para respirar es de 19,5 % y el mximo

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.

El caudal parcial para cada operacin se deber calcular, de acuerdo a

normativa de suministrar 3.0 m3/min por cada HP motor de todo equipo

diesel en operacin.

Al caudal de aire obtenido, segn flota diesel operativo, se le debe

agregar el caudal requerido por la totalidad de personas trabajando al

interior de la mina.

Una vez calculados los caudales, segn los distintos aspectos

considerados (puntos a) hasta f), se debe efectuar un anlisis para

determinar cul caudal se debe considerar y cul suma de ellos. Luego, a

la cantidad determinada es aconsejable considerar un porcentaje de

aumento a causa de prdidas y filtraciones, por ejemplo, un 30 %.

Qfiltraciones = 30% de Qrequerido

Por lo tanto:

Q TOTAL = [Qrequerido + Qfiltraciones]


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Ventiladores Mina El Salvador

3. Flujo de aire en Galeras o Ductos (Ley de Atkinson)Cuando el aire fluye a travs de un ducto o galera minera, la presin

requerida para mover el aire a travs de l depende no slo de la

friccin interna, sino tambin del tamao, longitud, forma del ducto,

velocidad y densidad del aire.

Todos estos factores son considerados en la ecuacin de J. Atkinson,

denominada Ley de Atkinson

Donde

P = Prdida de presin [Pa]

K = Factor de friccin [Ns/m4]C = Permetro [metros]

L = Longitud [m.]

V = Velocidad [m/s.]

A = rea [m]

A partir de esta ley, se pueden calcular K y la cada de presin esttica.

En adelante, se usar la letra P para el clculo de potencia y la cada de

presin (prdida de presin) se pasar a llamar H.


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Ergonomia 25

Conocidos el Caudal (Q) y la Cada de Presin (H) a cierta densidad del

aire (W), se establece el punto operacional para el sistema.

4. Circuitos Bsicos de Ventilacin en MinasCircuito En Serie

Se caracteriza porque la corriente de aire se mueve sin ramificacin, por

lo que el caudal permanece constante, en este caso todas las galeras se

conectan extremo a extremo

PROPIEDADES:

el caudal que pasa por cada labor es el mismo

Qt = Q1 = Q2 =........= Qn

la cada de presin total es igual a la suma de cadas de presionesparciales:

Ht = H1 + H2 +.....+ Hn

Luego, como H = R*Q2

Ht = R1 * Q12+ R2*Q22+............+ Rn * Qn2

Rt * Qt2= R1 * Q12+ R2 * Q22+.......+ Rn * Qn2

Como Qt = Q1 = Q2 =.........= Qn

Quedar:

Rt = R1 + R2 + R3 +........+ Rn


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Circuito de Ventilacin en Paralelo

En la unin en paralelo, las labores se ramifican en un punto, en dos

ovarios circuitos que se unen en otro punto:


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CARACTERSTICAS:

La caracterstica bsica de las uniones en paralelo, es que las cadas de

presin de los ramales que la componen son iguales,

independientemente del, largo, resistencia y cantidad de aire.

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

E l caudal total del sistema de galeras en paralelo, es igual a la suma de

los caudales parciales.

Qt = 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 / Rn

VII. SELECCIN DE VENTILADORES:1. Clasificacin de los Ventiladores

Ventiladores Axiales Ventiladores Centrfugos


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En este tipo de ventiladores, el aireingresa a lo largo del eje del rotor yluego de pasar a travs de las aletas delimpulsor o hlice, es descargado en

direccin axial. Tambin se les llamaventiladores de hlice.

Presin esttica media

Ofrece el ms alto flujo de aire

Eficiencia entre 70 y 80%

Trabajan a velocidades ms altas

Producen los niveles de ruido msalto

Son ms baratos y compactos

En estos ventiladores el aire entrapor el canal de aspiracin que seencuentra a lo largo de su eje,cogido por la rotacin de una

rueda con alabes.

Ofrece la ms alta presinesttica, un flujo mediano.

Su eficiencia vara entre 60 y80%

Pueden trabajar a altasvelocidades

Son ms costosos

Produce menos ruido

Para ventilar una mina se necesitan ciertas cantidades de flujo de aire,

con una cada de presin determinada, a cierta densidad del aire.

Conocidas la cada y el caudal de la mina (Punto de operacin del

sistema), existen casi un nmero infinito de ventiladores en el mundo

que satisfacen el punto operacional adecuado.

Se deber especificar el punto de operacin (Q vs. H Sist.) del ventilador

requerido, a fin de que los proveedores coticen la unidad ventiladora


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con la potencia de motor elctrico correspondiente, que satisfaga dicho

punto. La especificacin debe incluir adems, la altura geogrfica en

donde se instalar dicho equipo.

2.

Punto de Operacin del Sistema:

Existen cientos de ventiladores que satisfacen cada Cada-Caudal

caracterstica.

Adems, cada ventilador puede variar su velocidad (RPM), las paletas o

el dimetro.

Todas estas caractersticas, esenciales para la seleccin del ventilador

adecuado, pueden ser obtenidas de los fabricantes.

Las curvas de funcionamiento vienen trazadas en funcin de las

variables operacionales principales: Cadas de Presin (H), Caudal (Q),Potencia (P) y Eficiencia

() a densidad de aire normal, que a nivel del mar es de [1.2 Kg/m] (W)

A una altura de 3.600 m.s.n.m. por ejemplo, la densidad del aire es de

[0.866 Kg/m], razn por la que la densidad debe corregirse por aqulla

en donde se desempear la unidad.

La forma habitual del trazado de curvas es graficar el Caudal versus las

dems variables (cada esttica, cada total, potencia al freno, eficienciaesttica y eficiencia total).

Normalmente, se logra una ventilacin efectiva cuando se emplean

varios ventiladores principales, los que se ubican de preferencia en las

galeras principales de ventilacin o en piques en la superficie y se

distribuyen de manera que la carga o cada de presin del sistema est

dividido en forma equitativa entre los ventiladores.

3. 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 m/seg.

H = Depresin del circuito en Pa (presin esttica en Pascales)

P = Potencia del motor en kW.


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= Eficiencia del ventilador, la cual vara entre 70 a 85%

(dependiendo de la

fabricacin, tamao y punto de trabajo).

AHP = Potencia necesaria para mover el caudal Q de aire en un

circuito cuya

depresin es H, en kW.

BHP = Potencia al freno del ventilador, en kW.

DE = Eficiencia de la transmisin, la cual vara entre 90% para

transmisin

por poleas y correas, y 100% para transmisin directa.

ME = Eficiencia del motor, la cual vara entre 85% a 95%.

Como la Potencia del motor es directamente proporcional a la cantidad

de aire y a la prdida de presin del circuito se tendr que:

1) AHP = Q x H / 10002) BHP = Q x H / 1000 x 3) P = Q x H / 1000 x x DE x ME

VIII. LEYES DEL VENTILADOR:Se considera N = la velocidad de rotacin del ventilador. La forma en que afecta

al volumen de aire movido, a la presin capaz de producir y a la energaabsorbida por el ventilador, constituyen las leyes de rendimiento bsico de

cualquier ventilador.

Estas relaciones son:

Q N

H N

P N

Estas leyes se aplican prescindiendo del sistema de unidades usadas, siempre

que sean consistentes. Su importancia radica en que si la resistencia del sistemacontra el cual est operando el ventilador no cambia, aunque aumentamos la

velocidad del ventilador, por ejemplo al doble:

Q1/Q2 = N1/N2 = > Q2 = 2 x Q1 (El Caudal aumenta al doble)

H1/H2 = (N1/N2) = > H2 = 4 x H1 (La Presin aumenta 4 veces)

P1/P2 = (N1/N2) = 1/8 > P2 = 8 x P1 (La Potencia aumenta 8 veces)

Esto indica que la decisin de aumentar la velocidad del ventilador tiene

efectos considerables en la energa requerida.


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IX. CIRCUITOS COMPLEJOS:Cuando la conexin entre las galeras se hace ms complicada, no pudiendo reconocer

en el circuito conexiones en paralelo, serie o diagonal, se debe recurrir a otros mtodos

de clculo ms complejos que, generalmente, requieren ayuda de instrumentos y/o

computadores.

1. Software de equilibrio de redes de ventilacin:Una vez resuelto el caudal resultante, se puede realizar una simulacin de la

malla definitiva del proyecto, imponiendo en la rama que representa la

estocada en que se instalar el ventilador principal, el caudal de aire de diseo

y la presin esttica del punto. El trazado estar compuesto adems por la va

principal de aire fresco y la chimenea de extraccin 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.

Para la simulacin, se requieren los siguientes parmetros generales:

Densidad del aire : 1,2 Kg/m (sin factor de correccin)

Eficiencia del Ventilador : 75% (por defecto)

Coeficientes de friccin : K

Para abordar las distintas situaciones a las que se ver enfrentada la

explotacin del proyecto, se generan varios escenarios representativos. Cuando

se desea evitar que el caudal de aire aumente en demasa en una direccin, se


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deber adecuar un regulador cuya dimensin variar de acuerdo a cada

escenario.

El escenario ms desfavorable o de mayor resistencia debe sensibilizarse con

los valores del consumo de energa y de la construccin. Entre dos alternativas

que presenten un gasto combinado energtico y de construccin similar, sepreferir aqulla que acepte mayor caudal de aire, por si las condiciones de

explotacin de otro sector as lo necesitan.

De acuerdo al resultado de esta simulacin, que entrega como producto final el

punto de operacin del sistema (ejemplo: Caudal Q= 1.600 m/min. y Cada

de presin Ps = 127 mm de columna de agua), se seleccionarn los ventiladores

de la instalacin.

2.

Sistema de monitoreo y control centralizado:Dado que la instalacin de ventiladores de mediana capacidad, actuando como

reforzadores para atender niveles de produccin, reduccin y hundimiento, es

una opcin de alta probabilidad de implementacin futura, es necesario que,

en la eventualidad de proponer la instalacin y operacin masiva de un alto

nmero de tales ventiladores al interior de los sectores, se considere la

implementacin de un Sistema de Monitoreo y Control Centralizado (del tipo

Inteligente Semi-inteligente) del estado y operacin de estos equipos.

El mismo concepto es vlido para la eventualidad de que, al interior del

proyecto se proponga instalar reguladores de flujos de aire, los cuales adems

de poder ser operados en forma manual (control local), puedan tambin ser

conectados a un sistema de monitoreo y control a distancia (actuacin de tipo

tele comandado).

ANEXO

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


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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:

Se 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.

Q= F x n (m/ min.)

Donde

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: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:Se 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:


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HUMEDAD

RELATIVA

TEMPERATURA

SECA

VELOCIDAD

MINIMA

Para una labor de

20 m (5 X 4 m.)

< = 85 % 24 a 30 C 30 m/min 600 m/min

> 85 % > 30 C 120 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.

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 CO 2

existente en la atmsfera.

El clculo se basa sobre la suposicin de que la cantidad de gas (CH 4 y CO2) que se

desprende es proporcional a la produccin, expresado en forma matemtica:

Q = T x u (m3/min)

DondeQ = 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


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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 t

Donde

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 menosde 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

diferentes porcentajes de dilucin, entonces "d" depender del explosivo que se est

usando.

G.Caudal requerido por equipo Diesel:Artculo N 236 DS 055 2010 EM 3.00 (m3/min) por HP al freno del equipo para


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mquinas en buenas condiciones.

Se debe aclarar que los 3.00 m/min del art. N 236 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 estnfuera

de la mina, en reserva o en mantencin.

Se puede adems, determinar con suficiente aproximacin, la cantidad necesaria deaire 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.)

y

Donde

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.

Documents

Monografía-Ventilación Minera y subterránea