Libro Ventilacion de Minas Subterraneas Copia

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UNIVERSIDAD NACIONAL

SANTIAGO ANTNEZ DE MAYOLO

FACULTAD DE INGENIERA DE MINAS, GEOLOGIA Y METALURGIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERA DE MINAS

MONOGRAFIA:

CURSO: VENTILACIN DE MINAS

Recopilacin:

M.SC. ING. JAVIER ENRRIQUE SOTELO MONTES Ing. De Minas - Civil

HUARAZ, MAYO 2014

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INDICE

Prlogo 4 Introduccin: Importancia de la ventilacin 7 Cmo se presentan los problemas de ventilacin 9 Objeto de la ventilacin Conclusiones 9

CAPTULO I EL AIRE EN LAS MINAS 9 Composicin del aire, presin baromtrica, peso especfico del aire

OXGENO 18 Efectos fisiolgicos, limite permisible causas de reduccin Aparatos de deteccin y medida 19

NITRGENO 20 Propiedades, efectos fisiolgicos, origen en los trabajos, Aparatos de deteccin y medida 23

MONXIDO DE CARBONO 21 Propiedades, efectos fisiolgicos, valor lmite permisible VLP origen en los trabajos mineros. Aparatos de deteccin y medida

GAS CARBNICO 24 Propiedades, efectos fisiolgicos, valor lmite permisible VLP, origen en los trabajos mineros, Aparatos De deteccin y medida

METANO O GRIS 26 Efectos fisiolgicos, limites de inflamabilidad, presencia en el carbn, disposicin reglamentara y Valor lmite permisible - VLP- en atmsferas bajo tierra, desprendimiento de metano (gris) Desgasificacin del gris, lmpara de bencina seguridad (lmpara de Davis), manmetro, multidetector, otros aparatos

GASES DIVERSOS 28 ACIDO SULFHDRICO Propiedades, efectos fisiolgicos, valor lmite permisible VLP, origen en los trabajos mineros Aparatos de deteccin y medida

XIDOS DE NITRGENO 32 Propiedades, efectos fisiolgicos, valor limite de permisible VLP, origen en los trabajos mineros, deteccin y medida

Aldehdos 34 Generalidades, efectos fisiolgicos, origen. Problemas: Aspectos Relativos a los problemas de gases

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CAPITULO II

HUMEDAD Y TEMPERATURA 35 Generalidades, humedad absoluta, humedad relativa o grado higromtrico, grado de saturacin, mediciones de la humedad, el higrmetro de cabellos humanos, el psicrmetro, causas de elevacin de la temperatura del aire de la mina. Medida de la temperatura en las minas. Influencia del clima en el cuerpo humano, humedad, temperatura y clima bajo tierra. Problemas relativos a la presin baromtrica a diferentes alturas, humedad absoluta, humedad relativa (), determinacin en una carta psicomtrica, averiguacin de la humedad relativa () por medio de un Nomograma, Clculo de la humedad relativa () por medio de la frmula de Sprung, medicin de las temperaturas hmeda y seca, por medio del psicrmetro. Clima. Grado de Confort, grado de comodidad e incomodidad, necesidad de la desecacin en una mina hmeda. Humidificacin de una mina seca.

PROBLEMAS

CAPITULO III

CLCULOS DE VENTILACIN 29 Metas que debe reunir la ventilacin, mtodos de clculo, clculo de caudal de aire segn el desprendimiento de metano (gris), respiracin del personal, animales, utilizacin de equipos accionados por combustible ACPM, uso de explosivos, otras condiciones. Definiciones y unidades empleadas en los clculos de ventilacin, flujos(Q), presiones(pt, pe, pd, H), potencia, otras magnitudes, flujo compresible no viscoso, ecuaciones de movimiento: ecuacin de continuidad, ecuacin de estado, ecuacin de velocidades, ecuacin calorimtrica, significacin de la perdida de carga, caso de un fluido real con fuerzas de rozamiento. Condiciones de aplicacin de las ecuaciones de los fluidos no compresibles.

RESISTENCIA Definiciones y Unidades; relaciones entre las diferentes unidades, otras definiciones, resistencias prcticas, nomogramas para diferentes tipos de vas subterrneas, valores prcticos de resistencia: Mina la Chapa, Samac, El Uvo. Resistividad, Orificio Equivalente, Grados de dificultad en la ventilacin, Relaciones entre Q, H y ; Escalas mtrica y logartmica (representacin); Densidad el aire, Valores prcticos de abertura () equivalente en las minas de Aceras Paz del Ro, Mina la Chapa, Mina Samac, Mina Caliza, Mina El Uvo.

MEDIDAS DE VENTILACIN, 64 Instrumentos para la medicin de velocidades, medidas de presin, medidas de presiones absolutas, determinacin de presiones absolutas bajo tierra, medidas de presiones diferenciales, aparatos complementarios. Medida de secciones.

CAPITULO IV

VENTILACIN NATURAL Definicin: Mtodo deductivo para definir las ecuaciones de la ventilacin natural:

Sistemas de ventilacin 51 Ventilacin en bucle y en diagonal, entrada de ventilacin en el techo o piso del yacimiento, ventilacin ascendente y descendente: grado de empolvamiento, costo de los diferentes tipos de ventilacin.

Ventilacin principal, ventilacin natural 54

Influencia en ventilacin por mtodo explotacin, ventilacin U en avance y en regreso, Y en avance y en regreso ventilacin en Z en avance y en regreso, consideraciones de otros tipos de ventilacin al techo y al piso del yacimiento.

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Reparticin de la corriente de aire, movimiento del aire con peso especifico constante, elementos en serie, elementos en paralelo, perdida de carga en un nudo, perdida de carga entre dos nudos, red con varias entradas y varias salidas, red cualquiera: ecuaciones de nudo (primera ley de Kirchoff) ecuaciones de las mallas (segunda ley de Kirchoff).

Distribucin de la ventilacin de una mina por computador 69 Levantamiento de los datos de la red de ventilacin, medicin de la red: personal, aparatos, libretas, planos. Proceso de las mediciones. Mediciones de secciones y longitud de vas, mediciones de velocidades, temperaturas y flujos, mediciones de presin por el sistema de paso peregrino. Balanceo y correcciones de las mediciones en una red de ventilacin: balanceo de flujos, correcciones de mediciones depresin y resultados.

Programa de ventilacin Aceras 83 Descripcin del programa de ventilacin de Aceras Paz del Ro. Clculo iterativo de los flujos de ventilacin en la red. Teora de las redes malladas. Datos de entrada: clases de tarjetas: K11, K12, K13, K14, K15, K16, K17 K03. Explicacin de cada una de las tarjetas. Orden de las tarjetas. Entrega de resultados (out-put). Ejemplo de entrada de una mina al computador: Otro programa.

CAPITULO V VENTILADORES PRINCIPALES 91

Ventiladores principales en superficie, diversos tipos de ventiladores. Ventiladores centrfugos, ventiladores helicoidales, caractersticas tericas. Curva H= F (q, curva de potencia W= f (0); curva de rendimiento p= (Q); caractersticas practicas: potencia absorbida, rendimiento, instalacin de un ventilador sobre el tnel de salida o entrada, requisitos de una instalacin.

Estudio de una instalacin: proyecto de una instalacin de ventilador principal Mina El Uvo. Anexo 13

CAPITULO VI DISPOSICION PRCTICA DE LA CORRIENTE DE AIRE 99 Secciones independientes, circuitos y corrientes diagonales, puertas de ventilacin, cortinas de ventilacin

CAPITULO VII VENTILACION AUXILIAR 104 Metas que debe atender, flujos necesarios, efecto de la ventilacin soplante, efecto de la ventilacin aspirante, combinacin de la ventilacin soplante-aspirante, ventiladores auxiliares, control en le flujo de ventiladores auxiliares, mediante el empleo del tubo pitot, mtodo de las coronas concntricas de igual superficie, tuberas, prdida de carga en tuberas, Prdidas en canales, escogencia de un ventilador auxiliar para un frente ciego y adopcin del dimetro de la tubera.

CAPITULO VIII COSTOS DE LA VENTILACION PRINCIPAL Y AUXILIAR 116

Concepto de costos para la ventilacin principal y auxiliar, datos de la ventilacin principal, datos de la ventilacin auxiliar, costos de la ventilacin principal, costos de la ventilacin auxiliar, organizacin, necesidades y costos de equipo, costos diarios de energa: consumo segn tipo de ventilador, datos, otras consideraciones de importancia: ndice de ventilacin.

BIBLIOGRAFIA 121

PROLOGO

El presente Texto fue desarrollado como fruto de la experiencia del autor en el campo de la ventilacin en diferentes minas del pas: minas de Carbn, Hierro. y Calizas de la Empresa Aceras Paz del Ro; en Amag, departamento Antioquia, en la empresa Industrial Hullera, en Ccuta, departamento de norte de Santander, en la minas de carbn de minas Maturn Ltda., otras minas del departamento en la empresa Carbonorte, hoy liquidada y como docente en la preparacin de un programa de estudios en Ventilacin de Minas, dirigido a estudiantes de Ingeniera de Minas de la Universidad Nacional de Medelln, UPTC y UFPS, en la formacin de los futuros ingenieros con conocimientos de ventilacin, para que se apliquen en su experiencia.

Me movi a realizarlo el hecho, de que mi tesis para optar el grado de Ingeniero de Minas, era eso, una Tesis de Grado, entonces decid complementarlo con ejemplos de mi experiencia en las diferentes minas colombianas y en los tneles de Chingaza del acueducto de Bogot, con problemas de ejemplo que fueron adquiridos de la prctica, en el campo de las minas y de la docencia.

Pens que con este texto poda ofrecer al estudiante de ingeniera de minas, al ingeniero y al tcnico, una herramienta prctica en la problemtica de la ventilacin de las minas; sobre todo, hoy, cuando tenemos minas que por una u otra razn abundan en problemas de ventilacin, a causa del metano y de las necesidades de aire, aparejados a su magnitud y su profundidad. Lo anterior, hace ms compleja la solucin de problemas tcnicos de ventilacin en estas minas, por estos factores: desgasificacin y profundidad. Espero que este texto sea de utilidad al lector.

En este mundo, hoy globalizado que se ve convulsionado por la crisis energtica y por el auge de los me tales preciosos por la siempre fiebre del oro, fenmenos de los cuales nuestro pas no es ajeno, por la reciente crisis del carbn en el mundo por los cambios de polticas de produccin de carbn en la China, nuestro pas est mirando hoy su presente panorama minero, con nuevas perspectivas e exigencias en las reglamentaciones, en la seguridad, en la fabricacin de ventiladores y tuberas para la conduccin del aire a las minas, en el empleo de nuevos y sofisticados aparatos para la medicin de los gases, unas veces originados por el yacimiento y otras por el mtodo de explotacin, que hacen necesario estimar clculos de los caudales de ventilacin. Esto nos induce a que la industria de los minerales y a quienes los consumen interna y externamente investiguen y promuevan compras de ellos en las minas que los produzcan y que se certifiquen los requisitos de mineral limpio en la produccin de las minas bien ventiladas, que aseguren el trabajo de medio ambiente y seguridad de ellas, con la expectativa de producciones que garanticen las necesidades del mercado, hacia nuevas minas que se planifiquen a futuro con producciones que hagan rentable este negocio. A decir la verdad, a nuestro pas no le sirven esas minas pequeas, de escasa produccin- entre 200 a 3.000 toneladas mensuales- sino minas con buena produccin que se ocupen seriamente de los problemas de medio ambiente, seguridad y buena ventilacin, como garanta a la salubridad y a la vida de los trabajadores.

Si lo anterior es as, somos conscientes que todava se debe aportar mucho a esta industria, y son los nuevos ingenieros de minas quienes deben tener en cuenta el conocimiento de esta herramienta de ayer, la que aqu presento, para continuar dialogando con el empresario minero de hoy; cmo se haca ayer y cmo se debe hacer hoy, ya que ambos coinciden en el pensamiento de sus economas y costos, en razn a que los precios del carbn, en razn a que sus utilidades siguen son reducidas. Aparejado lo anterior, a que el Estado sigue siendo laxo en las exigencias de una seguridad minera no acorde con la poca.

Lo que si no debe perderse de meta, es que el correcto empleo de la ventilacin de una mina da al Productor y al Inversionista una seguridad suficiente en el empleo de su personal, de su mina y de su capital, porque reduce o elimina los riesgos de catstrofes y accidentes bajo tierra.

Por otra parte, el buen aspecto de una correcta seguridad minera, con una adecuada ventilacin en los trabajos produce, adems, del buen rendimiento del obrero, una buena Imagen Corporativa del empresario y de su empresa, tanto al interior del pas como en el exterior.

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Con frecuencia he escuchado que los costos para obtener una buena ventilacin no hacen rentable el negocio de la minera, sobre todo la del carbn, porque se encarece su produccin. Esto fuera cierto si la ventilacin de las minas fuese un adorno innecesario. Pero no es as. Hemos sido testigos de grandes tragedias, con muchos obreros muertos, de muchas viudas y de nios hurfanos que han llenado de relatos los peridicos y las revistas, de nuestro pas. Todava siguen ocurriendo estos eventos desagradables, no slo aqu, sino en muchas partes del mundo.

Se sabe que al que trabaja en las labores subterrneas hay que llevarle un caudal de aire, determinado, necesario y suficiente, que sea capaz de diluir gases txicos y explosivos a niveles permisibles, as como, de permitir la respiracin de la gente que trabaja en las labores bajo tierra, buscando que se reduzca la temperatura del aire, especialmente en minas profundas y an en minas de poca profundidad por carbones de elevado factor de oxidacin y alta humedad del aire como se tienen en Colombia.

Las anteriores consideraciones sirvieron al autor para la realizacin de este texto. Los conceptos que se complementaron y compilaron en l, por el contrario trataron de no dejar de lado algunos criterios tericos. Por ello se procur llevarlos al campo de la prctica para lograr su aplicacin, como lo hacen otros textos de ventilacin que se consultaron.

Este texto consta de ocho captulos que hablan sobre el tema de la ventilacin de las minas, deseo motivar al lector con una introduccin que le deje ver a ste la importancia del tema y de la gestin que debe esperarse al proyectar una mina con una buena ventilacin.

En el captulo I se trata sobre el aire en las minas y su composicin en cuanto a gases se refiere; la aplicabilidad de este asunto debe centrarse, en otros puntos de importancia como el Valor Lmite Permisible- VLP, de cada gas nocivo y la forma de registrarlo y hacer su deteccin.

El captulo II trata la Humedad y Temperatura del aire, as como tambin la influencia de los factores del clima subterrneo en el cuerpo humano; conocimientos estos que siguen inquietndonos por la profundizacin de nuestras minas a niveles inferiores, como los casos de muchas minas colombianas en Boyac, Cundinamarca, Antioquia, Norte de Santander y aun en el Valle del cauca, donde la minera del carbn ha perdido su importancia, por el cierre y agotamiento de varias minas.

El captulo III toca el tema de los Clculos de Ventilacin, matemtica que deber ser tenida en cuenta para obtener valores reales y cercanos a los caudales necesarios de aire, as como tambin valores prcticos de resistencia, obtenidos como, resultado de la utilizacin de un NOMOGRAMA, herramienta, que se emplea, en los clculos por computador, en lugar de la presin de cada va y su caudal. Las medidas de ventilacin con instrumentos como: barmetros, anemmetros, psicrmetros, manmetros, tubo en U, tubo pitot, mangueras y otros, que nos permitan realizar los clculos con los valores medidos.

El capitulo IV contiene diversos diagramas que permiten hacer un recorrido de la ventilacin y la incidencia de cada uno de ellos en los problemas de explotacin. Diagramas o sistemas de ventilacin en U, Z y Y, en avance y retroceso, ventajas y desventajas. Ventilacin natural y su influencia en nuestras minas de montaa. Reparticin de la corriente de aire, aplicando los criterios de las leyes de Kirchoff. Al final, como se menciona en el prrafo anterior, se maneja la situacin de los caudales de aire, presiones y valores de resistencia de una mina para su almacenamiento en el computador digital en futuras planeaciones y otros usos.

En el captulo V se tocan aspectos de la ventilacin principal y las caractersticas tcnicas en el del trabajo de un ventilador, en relacin al circuito de ventilacin (abertura equivalente y resistencia total en el circuito de una mina). Igualmente se dan algunos consejos sobre los requisitos que deben ser observados al hacer una instalacin de un ventilador principal.

Las disposiciones sobre la distribucin de la corriente de aire, como puertas de ventilacin, reguladores y cortinas, as como las dimensiones de puertas se tratan en el captulo VI.

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Los captulos VII y VIII tratan sobre la ventilacin auxiliar, efectos de la ventilacin soplante y aspirante; ventiladores para vas de ventilacin auxiliar (vas ciegas), escogencia del tipo de ventilador de acuerdo al empleo de Nomogramas; tuberas y prdidas de aire en un canal, adems de algunas consideraciones de costos e inversiones que deben ser tenidas en cuenta al planificar la ventilacin principal y auxiliar de una mina. Y por supuesto, en el captulo octavo, se trat el asunto de los costos que inciden en la ventilacin principal y auxiliar.

En la mayora de estos captulos, el autor trat de presentar ejemplos y problemas, al lado de lo que sucede en los Proyectos de Ventilacin cuando se hace necesario desarrollar un nuevo esquema de ventilacin cuando surgen nuevas tareas en las necesidades de aire.

Finalmente deseo expresar mis ms sinceros agradecimientos a la Rectora de la UPTC, a la Decanatura de Ingeniera en Sogamoso y al Director de la Escuela de Ingeniera de Minas, Ingeniero Luis Alejandro Fonseca, quien hizo posible que este Texto saliera del anonimato, como lo estuvo la Tesis de grado del suscrito, por ms de 30 aos.

Tambin sigo recordando a mi dilecto amigo el Dr. Diego Cardona, hoy fallecido y quien hoy, a pesar de estar ausente, me inspir a realizar este texto. El doctor Cardona durante su tiempo, en vida, me prest toda su colaboracin y atencin en el desarrollo de la famosa tesis de grado que me sirvi de base para realizar este texto, colaborando por intermedio de Aceras. Al doctor William Botero Surez, quien con su experiencia y conocimientos me dio directrices y metodologa que aun aplico para convertir la famosa tesis de grado en Texto.

Recuerdo con mucha gratitud al doctor Gustavo Jaramillo, tambin hoy fallecido, quien desde el principio crey en que el trabajo que utiliz el suscrito para dictar en el ao 1975, un curso de 40 horas de la materia Ventilacin de Minas, a estudiantes del quinto al dcimo semestre de Ingeniera de minas de la Escuela de Minas, Universidad Nacional de Medelln, poda servir como Tesis de Grado para optar el ttulo de Ingeniero de Minas. Me atrevo a pensar que si Gustavo, aun viviera, me dira hoy, porque demor tanto para convertir esa tesis en libro.

Tambin agradezco al Ingeniero Hctor Naranjo, colega y colaborador de la mina Samac a quien invit, para que se graduara conmigo, utilizando la famosa tesis y a quien no le he pedido permiso para convertirla en Texto. Si l me lo negara, que estoy seguro que n, le contestara: Volvmonos a graduar con una tesis, como inicialmente lo quisimos hacer, con un trabajo sobre Hornos de Colmena, en la mina Samac, para la coquizacin de carbones.

A muchas personas que me han acompaado en mi vida; a ellas ms que a nadie, tambin, les agradezco el haberme ayudado y dado su tiempo que yo les negu ayer y hoy, y a quienes estoy reconocido como a Adelaida, hoy fallecida, y a Nelly quien hoy me acompaa, grandes mujeres; a mis hijos grandes y pequeos quienes saben de este afn para convertir este sueo en realidad. Tambin agradezco a mis estudiantes de ingeniera de la UPTC, del 2004 hasta 2006, quienes me sirvieron de conejillos de indias, para realizar este experimento, que hoy lo presento a la Universidad Pedaggica y Tecnolgica de Colombia UPTC, como un texto de consulta para Estudiantes y Profesores.

Gracias a Dios por haberme brindado esta oportunidad de servir a la comunidad y a mis lectores por consultar este texto.

Del Autor.

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INTRODUCCION

Importancia de la ventilacin

Para poner en evidencia la importancia de la ventilacin en la explotacin de minas, existe la costumbre de comparar el peso del aire circulante en los trabajos mineros con el de los minerales extrados; el peso del aire es generalmente muy superior. El pese del aire, en el conjunto de las carboneras francesas, era en 1960, igual 7,5 veces el tonelaje extrado. En Colombia, en minas como la Chapa, en el ao 74, fue de 3 veces s la produccin explotada En cifras totales el consumo de energa para la ventilacin es ciertamente importante. Para el conjunto de; es carboneras francesas el consumo medio de electricidad en los ventiladores principales fue en 1960 de 3.9 Kwh. por tonelada neta; este consumo varia sensiblemente de urna mina a la otra y en algunos grupos mineros ella sobrepasa de 6kwh/t. En la mina La Chapa de. Aceras Paz del Ro se tiene un consumo de 5 Kwh. por tonelada bruta de carbn. Los gastos de energa no representan ms que una fraccin del costo de la ventilacin; es necesario igualmente tener en cuenta la amortizacin y el mantenimiento de los ventiladores, trabajos de distribucin de la corriente de aire, mano de obra de la supervisin y control. En e total de los gastos imputados directamente a la ventilacin en Francia es del orden de 0.60 NF/t; costo promedio de todo el conjunto de las carboneras francesas, o sea alrededor de 1% del costo total. En la mina La Chapa de Aceras Paz del Ro, teniendo en cuenta amortizacin: del equipo y energa, se tienen unos costos de ventilacin para 1500 toneladas de produccin de $ 0.69/ton. Un costo global que tenga en cuenta factores que se anotan comienzo de este prrafo, alcanzara una cifra de $ 3.50/ton.

El costo de la ventilacin no es entonces despreciable merece que se le tenga en cuenta para controlarlo, pero l no da ms que una idea muy fragmentaria de la importancia de esta operacin en la explotacin y de su incidencia en los costos totales.

Es frecuente en efecto que para asegurar un flujo suficiente de aire en todos los frentes de trabajo sea necesario dar e las vas de acceso (transversales, bajadas, tambores y galeras dimensiones muy superiores en las que exigira el transporte de personal y de material y la evacuacin de los productos. A menudo quien explota se ve obligado a ejecutar obras mineras especiales, tales como: Tambores, Transversales y an en los Pozos de ventilacin. En la mayora de los casos la armazn de la mina est determinada por las exigencias de la ventilacin. Si entonces se imputase a la ventilacin todos los trabajos mineros que su realizacin hace necesarios, se llegara a relaciones de aire muy superiores a los ya anotados anteriormente.

Existen tambin cases de minas ya abiertas, en donde de vez en cuando se llegue a un manto con contenido de metano, donde la concentracin de los trabajos, por el aumento de la velocidad de avance de los frentes deben ser limitados por la imposibilidad que se encuentra en hacer circular un flujo de aire suficiente que haga bajar el contenido de gris a cantidades aceptables. La produccin debe ser algunas veces disminuida, incluso suspendido temporalmente, porque la ventilacin es insuficiente. En este caso la ventilacin viene a ser el cuello de botella de la explotacin de la mina. Si entonces se imputan a la ventilacin, todas las prdidas de produccin, donde la falta de ventilacin puede ser la causa, su incidencia en la economa de la explotacin llega a ser considerable.

Su influencia en la higiene y la seguridad es evidente, Ella es particularmente indispensable en las minas con gris, donde la dilucin del CH4 por la corriente aire constituye el medio de lucha ms eficaz centra las explosiones, y en las minas prefundas, donde una buena ventilacin es necesaria para mantener una temperatura que sea soportable.

En fin es necesario anotar que las dificultades encontradas en el establecimiento de una ventilacin conveniente irn en aumento, de una parte, por el aumento de la profundidad media en los trabajos, y de otra parte la, por la concentracin y aumento de velocidades de avance, que hoy son posibles por los progresos obre ratos en las tcnicas de arranque y sostenimiento. Para sacar el mximo de provecho a estos progresos, es importante no estar limitado por una ventilacin insuficiente.

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PROBLEMA

Para la resolucin del siguiente tipo de problemas, sugerimos utilizar las siguientes frmulas que son bastante aproximadas si no se dispone de un barmetro, para calcular las siguientes variables:

Presin baromtrica [pbaromtrica] (Unidad: mm. de Hg.)

Peso especfico del aire [] (Unidad: Kg./m3)

FORMULAS

pbarometrica = 760 * (1 0.0065 * h )5.255

273 + t s

= 0.455 * pbarometrica 273 + ts

1. Cul ser el ndice de ventilacin de una mina cuya produccin de carbn es de 3.000 toneladas por da, sabiendo que el caudal de aire que sale por el ventilador principal es de 6.000. Si el sitio donde est ubicada la mina est localizado a una altura de 2800 metros sobre el nivel del mar. Las temperaturas seca y hmeda promedias de la mina, son: ts=24 C; th= 20C.

pbarometrica = 760 * (1 0.0065 * h )5.255 = 545.120 mm Hg. 273 + t s

= 0.455 * 545.120 = 0.835Kg / m3 273 + 24

Peso del aire que sale por el ventilador en 24 horas = Q (m3/min.)*(Kg./m3)x60min*24horas/1h*1 da

=1.440Q * (Kilogramos de aire/da) = 1,440*Q*0.835/1000 (ton. aire/da) = 1.440*6.000*0.835= 7.214tons aire/da

Indice de ventilacion (I ) = Peso de aire que sale de la min a produccion de min eral en 24 horas

= 7.214 = 2.4 3.000

Es decir, que por cada tonelada de carbn producida se estn entrando a la mina 2.4 toneladas de aire. En este problema se ve que si queremos mejorar este ndice, es necesario entrar ms aire a la mina o extraer menos carbn por da.

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COMO SE PRESENTAN LOS PROBLEMAS DE VENTILACION?

Un problema simple que se presenta de una manera permanente, es el de la supervisin y control de la ventilacin. Se trata de medir en diferentes puntos de la mina las caractersticas de la corriente de aire: velocidad, flujo, presin de los puntos de empalme, concentracin de sustancias perjudiciales (gases nocivos). Para esto es necesario disponer de aparatos y de mtodos convenientes de medida.

Otro problema ms complejo consiste en buscar cules deben ser las modificaciones que sern necesarias introducir a las instalaciones, configuracin de los trabajos mineros y de los ventiladores, ya sea para remediar una insuficiencia de la ventilacin, ya sea para adaptar la ventilacin a una nueva situacin de la explotacin. Este problema no es en principio diferente al de 'Proyectar la ventilacin, que consiste en determinar las disposiciones que permiten asegurar una ventilacin conveniente en un frente de explotacin futuro, sobre el cual se fijan a priori las caractersticas de ventilacin.

En un caso como en el otro, es necesario saber en - primer lugar, cules son los flujos de aire necesarios en rada frente de trabajo para tener en cuenta las diferentes causas de polucin y de calentamiento de la atmsfera Tambin es necesario entrar a prever inmediatamente sobre cul sera la reparticin de los flujos entre los diferentes tajos de explotacin en funcin de diferentes parmetros, como la configuracin de los trabajos mineros y caractersticas de los ventiladores, a fin de escoger aquellos que cumplan con las tareas necesarias de caudal de aire.

El establecimiento de esta previsin exige el conocimiento de:

a) Las caractersticas de los diferentes elementos de la red de ventilacin; ellas pueden ser estudiado en un nomograma, o tomadas de elementos anlogos de una mina existente; b) Las caractersticas de los ventiladores disponibles en la marcha, En fin es necesario disponer de un mtodo y medios de clculo.

OBJETO DE LA VENTILACIN CONCLUSION

La ventilacin tiene por meta mantener en la atmsfera de la mina una composicin una temperatura y un grado de humedad compatible con la seguridad, la salud y el rendimiento del personal, Lo anterior es indispensablemente necesario para:

a) Asegurar la respiracin del personal minero b) Diluir los gases nocivos de la mina, en particular el gris, c) Reducir la temperatura, especialmente en las minas profundas.

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CAPITULO I:

EL AIRE EN LAS MINAS

Generalidades El aire atmosfrico normal consta de 21% de oxigeno y 78% de nitrgeno, en volumen, Contiene adems. Gas carbnico, gases raros, vapor de agua en porcentajes variables.

La composicin del aire atmosfrico normal (seco) es:

N2 78% Vol. 02 20,86 " CO2 0.20% " Argn 0.93% " Otros gases 0,01% "

Vapor de agua 0.05% hasta 4%, en promedio 1%, este porcentaje no influye en la relacin oxigeno - nitrgeno. Fuera de estos componentes normales el aire de las minas contiene otras impurezas que son provenientes de:

- Humos y gases de voladuras - Gases de las mismas formaciones - Polvo proveniente de las labores mineras

Los principales contaminantes del aire son: monxido de carbono (CO), gas carbnico (CO2), metano (CH4), gases nitrosos (NO + NO2), anhdrido sulfuroso (SO2), los polvos de rocas y en los casos de los minerales radioactivos, el Radon y el Torno que son los istopos radioactivos, de vida corta, provenientes de la desintegracin de los istopos de radio pertenecientes a las familias de actinio y del torio. Estos componentes del aire pueden representar un peligro, tanto por su propia nocividad como por la disminucin de oxigeno que ocasionen.

Teniendo en cuenta los gases frecuentes en las minas de carbn, hierro y calizas, como son: el CO, CO 2, CH4,( NO + NO2), los estudiramos desde el punto de vista de su peso especifico respecto del aire, algunas propiedades fsicas y qumicas, efectos fisiolgicos de acuerdo al grado de concentracin, limite permisible en la corriente de ventilacin de la mina, su origen en los trabajos subterrneos y los aparatos que nos permiten descubrirlos y medirlos. Por ser el O2 y el N2, componentes principales del aire atmosfrico comenzaremos la parte de estudio, adicionalmente con ellos.

Antes de estudiar en forma detallada los gases mas frecuentes en la minas, proponemos al lector estudiar la siguiente carta de gases ms frecuentes en las minas, para que se vaya adaptando a la situacin de estos en las minas y los vaya conociendo desde algunas caractersticas importantes.

A la final del estudio de los gases, complementaria a esta tabla estamos presentado otra tabla con el resumen de las caractersticas de los gases, que puede servir al lector para que con ellas se tenga una nocin resumida de esta problemtica

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TABLA 1: CARTA DE GASES

CARACTERSTICA

METANO MONOXIDOI DE CARBONO

ACIDO SULFHIDRICO

GAS CARBONICO

NITROGENO

OXIGENO

FORMULA QUIMICA CH4 CO H2S CO2 N2 O2 GRAVEDAD ESPECIFICA 0.555 0.967 1.191 1.5291 0.967 1.105 INCIDENCIA EN EL AIRE % * * * 0.03 78.10 20.93 ESCOMBUSTIBLE? SI SI SI NO NO NO ES SOPORTE DE LA COMBUSTION?

NO

NO

NO

NO

NO

SI

ES VENENOSO? NO SI SI NO NO NO

COMO SE DETECTA?

LAMPARA DE SEGURIDAD MULTIDETECTOR

MULTIDETECTOR ANALISIS QUIMICO

MULTIDETECTOR ANALISIS QUIMICO TUBO DE CONTROL

ANALISIS QUIMICO LAMPARA DE SEGURIDAD

ANALISIS QUIMICO LAMPARA DE SEGURIDAD

ANALISIS QUIMICO MULTIDETECTOR LAMPARA DE SEGURIDAD

RANGO EXPLOSIVO EN EL AIRE

5 A 15%

12.5 A 73%

4.3 A 46%

NINGUNO

NINGUNO

NINGUNO

TEMPERATURA DE IGNICION EN C

593 a749

593

371

NINGUNA

NINGUNA

NINGUNA

ORIGEN

Ocluido en el carbn y mantos de arcilla; Descomposicin de materia vegetal en el agua

Combustin incompleta; Fuegos de mina; explosiones de metano y en voladuras con dinamitas

En aguas de mantos de carbn; en formaciones de sal lneas de tubera tuberas en lugares pobremente ventilados

Combustin completa; pequeas cantidades son encontradas en forma natural en el aire

Es encontrado en forma natural en el aire; la oxidacin de carbn libera nitrgeno

Se encuentra naturalmente en el aire

CUAL ES EL EFECTO SOBRE LA VIDA?

Causa la muerte por sofocacin si es respirado en altas concentraciones; el efecto pasa al refrescarse en aire limpio de de metano

0.10% en el aire causa un colapso completo; excluye el oxigeno de la sangre

0.07% causa la muerte en una hora; muy venenoso; destruye el nervio del olfato

Causa la muerte por sofocacin; reemplaza el oxigeno de la sangre; respiracin difcil

Causa la muerte por sofocacin; reemplaza el oxigeno de la sangre

Necesario para la vida

1.1 OXIGENO

Gs incoloro, inodoro e inspido Formula: O2 Peso especfico: 1.11 (respecto al aire)

1.1.1 Efectos fisiolgicos

En las siguientes concentraciones en el aire produce en el organismo humano los siguientes efectos:

De 21-18% Ritmo de respiracin normal De 18-12% Aumento del ritmo respiratorio. Aceleracin del pulso

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De 14-9% Aceleracin notable de la respiracin y del pulso, respiracin intermitente, cianosis, vomito, astenia. De 10-6% Excitacin con cianosis intensa, sncopes llegado hasta el estado de coma, respiracin superficial y rpida terminando en el espasmo respiratorio. Concertaciones tan bajas se resisten nicamente durante muy cortos periodos de tiempo. De 5-3% Muerte en poco tiempo.

1.1. 2 LMITE PERMISIBLE:

Por debajo de una concentracin del 18% debe cerrarse el frente de trabajo a la operacin del personal. 1.1.3 CAUSAS DE REDUCCIN

Se resume en las siguientes: - Absorcin por el carbn. Ej. oxidacin de la pirita y del mismo carbn. - Respiracin de los hombres y animales - Mezcla del aire con diversos productos gaseosos preexistentes. Emisin continua, desgasificaciones instantneas, voladuras, explosiones del gris o polvos del carbn, incendios. - La extensin de los frentes de trabajo y la velocidad del aire, a travs de ellos, influye sobre la absorcin de 02 por el carbn. - El tenor se disminuye ms en as secciones donde el aire est quieto o es lento. Cuando la velocidad es dbil, por ejemplo, en los trabajos abandonados o en recuperacin no es rara una disminucin del 1% en 02. - La cantidad de personal y la intensidad del trabajo influyen sobre el consumo de aire, por respiracin. Segn el trabajo realizado, un hombre consume de 0.25 a 2.5 lt/min. de 02, aspirando de 7 a 60 lts/min. de aire y expulsando de 0.2 a 2.4 lts/min. de CO2.

1.1.4 APARATOS DE DETECCIN Y MEDIDA.

Con la lmpara de seguridad se puede efectuar cualitativamente la deficiencia de 02 de la atmsfera bajo tierra. Cuando la atmsfera se empobrece de oxgeno en presencia del gris o de algunos gases combustibles la llama inicialmente se eleva, se dice que busca el oxgeno, se vuelve rojiza y luego se empequeece para apagarse cuando la concentracin en volumen de oxigeno tiene un valor de 16.25%. Ver explicaciones en Fig. 1 y 2, Anexo 5.

Con el medidor de oxgeno, u oxigenmetro tambin puede detectarse cuantitativamente la disminucin de oxigeno en cualquier atmsfera de trabajo. El funcionamiento de este aparato est basado en el siguiente principio: se produce una reaccin qumica en la celda del aparato, por medio de un catalizador, y de acuerdo al contenido de oxigeno en el aire, esta reaccin ser ms o menos fuerte y producir una variacin de la resistencia elctrica de la resistencia elctrica , permitiendo el paso de ms o menos corriente, de manera que la corriente que circula a travs del miliampermetro es proporcional al contenido de oxgeno en la atmsfera. Esta funcin es realizada hoy con el Multidetector, aparato que puede realizar en poco tiempo las funciones de detectar el contenido de Oxgeno (O2) de una atmsfera, concentracin de Monxido de Carbono (CO), Metano (CH4) y Acido Sulfhdrico (H2S).

Particularmente el Oxigenmetro consta de las siguientes partes: 1. Un miliampermetro graduado en % en volumen de 02, 2. Una celda de reaccin cuya resistencia depende del con tenido de oxigeno en la atmsfera que se est midiendo 3. Un interruptor de botn para cerrar el circuito de medicin, 4. Una batera de mercurio de 5.6 voltios, la cual suministra la corriente necesaria para real izar la medida

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FIG. 1 CIRCUITO ELECTRICO DE UN OXIGENOMETRO

1. 2 NITROGENO:

Gas incoloro, inodoro e inspido, qumicamente inerte Frmula: N2 Peso especfico: 0,97 (respecto del aire),

1.2.1 EFECTOS FISIOLOGICOS:

No tiene ninguna accin qumica durante la respiracin. Su peligrosidad radica en que su aumento disminuye el O2 a porcentajes peligrosos para la vida del hombre.

1.2.2.1 ORIGEN DE LOS TRABAJOS

Su aumento en la corriente de ventilacin de las mismas se debe a la putrefaccin de materias orgnicas y en el trabajo con explosivos. Tambin se presenta en el desprendimiento por las rocas y cartones. En las minas de potasa y algunas de carbn de Alemania, el gris contiene hasta un 40% de Nitrgeno. En 1894, en hulleras de Lens (Francia), se comprob en una arenisca cavernosa, un flujo de N2 casi punto con un caudal de 200m3/da durante 6 meses.

1.3 MONOXIDO DE CARBONO

Gas sin color, sin sabor, ni olor. Debidamente soluble en el agua. Toxico y combustible; combustible cuando su contenido es de 13 75% y por el calor a la llama se inicia la oxidacin del CO Formula: CO Peso especfico: 0.97 (respecto del aire).

1.3.1 EFECTOS FISIOLOGICOS

Es un gas bastante venenoso que tiene mucha mas afinidad por la hemoglobina de la sangre que el oxgeno, (200-300 veces ms) formando la carboxihemoglobina, reduciendo en esta forma el aporte de oxigeno a los tejidos segn su concentracin y segn la siguiente ecuacin:

Hb O2+CO HbCO+O2

El efecto inmediato del CO es comparable al de un anestsico suave. Con relacin al CO se han realizado 2 tipos de estudio:

a) El primero relacionado al efecto fisiolgico ocasionados por la presencia del CO. b) El segundo, a los efectos sobre los individuos que permanecen en forma prolongada en atmsfera de CO. TALES ESTUDIOS PUEDEN OBSERVARSE CON BASTANTE AMPLITUD EN EL ANEXO 5, FIG. 3: EFECTO DEL MONXIDO DE CARBONO EN EL HOMBRE EN FUNCIN DE LA CONCENTRARON EN LA SANGRE FIG. 4: EFECTO DEL MONXIDO DE CARBONO EN EL HOMBRE EN FUNCIN DE LOS TIEMPOS DE EXPOSICIN.

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La rapidez en la presentacin sucesiva de los sntomas tpicos y el advenimiento de un desenlace fatal fuera de la sensibilidad en cada individuo y se si estado de salud, dependen tambin en menor grado, de la temperatura, humedad y movimiento del aire.

El peligro del CO radica principalmente en que el individuo aun consciente puede notar en su organismo un cierto estado general de intoxicacin, pero la debilidad que presenta le impide retirarse de la zona de peligro, por si mismo. Los primeros auxilios deben limitarse al suministro de oxigeno.

1.3.2 EL TENOR DE CO EN LA CORRIENTE DE VENTILACIN DE LOS TRABAJOS MINEROS DEPENDE DE LOS REGLAMENTOS DE CADA PAS. El reglamento Decreto 1335 para las Labores Subterrneas establece que el CO tiene como limite mximo permisible 0.005% en volumen de CO o sea 50 p.p.m (p.p.m= partes por milln).

1.3.3 ORIGEN DE LOS TRABAJOS MINEROS

Las fuentes de monxido pueden ser ocasionadas por los siguientes agentes: a) Explosivos: los explosivos al ser detonados desprenden humos constituidos principalmente por CO y perxidos de nitrgeno (N2O). b) Motores Diesel (locomotoras, transcargadores): como todos los motores de combustin desprenden cantidades ms o menos importantes de CO. Los factores que intervienen en mayor o menor grado son: el motor propiamente dicho, la inyeccin del combustible, los elementos componentes de los combustibles lubricantes, las condiciones de trabajo. c) Incendios, Explosivos de Gris y Polvo de carbn. Todas estas situaciones pueden originar grandes y variables cantidades CO. d) Oxidacin lenta del carbn. Que depende de: la composicin de las cenizas del carbn; la almina y la slice tienden a retardar la oxidacin; el Na2CO3, CaO y los minerales de hierro tienden a acelerarla, La oxidacin de la pirita en presencia de humedad libera calor y aumenta el volumen de los gases en las fisuras de las partculas de carbn, incrementando as, la superficie de oxidacin. Lo mismo ocurre con el azufre. e) La concentracin de oxgeno en el aire ambiente y por consiguiente la ventilacin; la velocidad de oxidacin es proporcional a la presin parcial de oxgeno. El incremento de la temperatura favorece considerablemente la velocidad de oxidacin

1.3.4 APARATOS DE DBTECCION Y MEDIDA

La peligrosidad de este gas exige una deteccin rpida y precisa de los bajos porcentajes. De esto se distinguen diversas clases de aparatos que se dividen as:

1.3.4.1 APARATOS PORTATILES DE INDICACION INMEDIATA

Son aparatos esenciales para la proteccin del personal contra CO, pero mientras unos efectan la medicin por el cambio de coloracin del elemento reducido, otros lo hacen por el calor desprendido en la oxidacin, se describen as:

A) Aparatos Colorimtricos: a) Bomba Drager 19/31 y tubos de Control b) Aparato Cerchar - Mont-Luzn Siebe Gorman: similar al Drager, pero es un aparato ms incomodo. d) Indicador Calorimtrico de Paladio, cuyo lmite inferior de medicin es de 0,1%.

B) Medidores calorimtricos: a) Medidor a base de hopcalita (mezcla de MnO2 y CuO, catalizadores de muchas reacciones. CO + 1/2O2 + CATALIZADOR = CO2 + 68 caloras Permite detectar porcentajes de CO del orden de 0.002%, la precisin alcanza hasta 0.005 b) Detector Maknil de funcionamiento similar al de la U.R,S.S, con limites de utilizacin de 0,002% a 0.02% con precisin de 0,02%

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1.3.4.2 APARATOS MUY SENSIBLES Y DE GRAN PRECISION

Analizadores infrarrojos hasta de 2 partes por milln.

1.3.4.3 APARATOS Y METODOS DE MEDICION EN EL LABORATORIO

a) Combustin por calentamiento del CO en tubo de - cuarzo. El CO2 formado es absorbido en agua de barita. Mediciones desde 50 a 10.000 p.p.m. b) Oxidacin por el pentxido de yodo. La medicin se efecta: c) Ya sea sobre el 12 por el to sulfato. d) Ya sea sobre el CO2 por el cambio de conductibilidad del CO2 formado, pasando por una solucin de titrisol (NaOH). Este tipo de aparato es llamado ULTRAGAS y es fabricado por la casa W hsthof de Alemania, tambin se conoce con el nombre de aparato Wsthoff, consultar ANEXO 3.- DESCRIPCION DEL EMPLEO DEL APARATO WHSTHOFF, PARA EL ANALISIS DE CH4, CO2, CO. e) Oxidacin por diferentes oxidantes titulando el CO2 re cogido por mtodos volumtricos. f) Mtodo de la sangre. Mtodo especializado caracterstico del CO complicado y recomendable slo para expertos.

1.4. GAS CARBONICO

Gas sin color, inodoro con un sabor ligeramente cido, se disuelve bien en el agua, no es txico, sino ms bien asfixiante. Frmula: CO2. * Peso especfico: 1,53 respecto del aire.


Existe en trazos (0,03%) en el aire natural, cuando su concentracin alcanza el 0.5% ocasiona el aumento del ritmo y la profundidad de la respiracin.

Con 2% de CO2 la respiracin aumenta en 50%, con 5% la respiracin se hace ms penosa, con 10% no se puede resistir sino unos pocos minutos.

Para personal en actividad, los fenmenos enunciados se presentan ms rpidamente. El personal minero con experiencia reconoce la presencia del CO2 por la dificultad de la respiracin, el calentamiento de las piernas v de la piel que enrojece, el dolor de cabeza y el decaimiento general. Con el aumento de la concentracin se provoca la tos, la aceleracin de la respiracin y accesos de temblor.

1.4.2 LIMITE PERMISIBLE

Las normas francesas consideran como lmite superior para CO2 1,25% en sitios donde se trabaja continuamente, Las normas alemanas fijan un mximo de 0,5%. En los reglamentos de Aceras se ha fijado un valor mximo permisible de 5.000 p.p.m. para 8 horas de trabajo.

1.4.3 ORIGEN EN LOS TRABAJOS MINEROS

Las causas de origen del CO2 se pueden dividir en normales o rutinarias y accidentales. a) Normales: respiracin de los hombres y animales, funcionamiento de motores de combustin interna, las voladuras y la oxidacin de la madera o carbn. Esta ltima es ms importan te y en algunas partes se le atribuyen los 16/17 del CO2 total que sale de la mina. b) Accidentales: el fuego y los incendios en las minas. Emisiones de CO2 ya sea en forma gradual o repentina y violenta. En ambos casos los volmenes de gas producidos son incomparablemente mayores que los provenientes de todas las dems causas juntas.

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1.4.4 APARATOS DE DETECCION Y MEDIDA

La lmpara de seguridad es el aviso ms eficaz en una atmsfera sospechosa de CO2 o de otros gases contaminantes porque nos advierte la ausencia de O2. El CO2 tiene la tendencia, por su densidad, a acumularse en el piso, en las vas de bajo tierra.

Existen aparatos porttiles que permiten medir el CO2 inmediatamente e in situ por la reaccin del gas con un lcali. Tambin se utiliza la coloracin por un reactivo que combinado con el CO2 produce un color violeta; la longitud de la coloracin indica el tanto por ciento de CO2. La casa Drager, de Alemania, fabrica tubos de control para CO2, los que se usan con la bomba referencia Drager Modelo 19/31 o 21/31 la cual se anot al tratar sobre el CO.

En el laboratorio se analiza este gas mediante el empleo del aparato W sthoff, por el principio del cambio de conductibilidad de una solucin patronada de titrisol (NaOH), a una conductibilidad de 265 microhmios. Este aparato analizador de gas sirve igualmente para analizar otros gases como el CO y CH4. Con el objeto de contribuir al conocimiento de aparato verstil, comnmente usado en minas, especialmente de carbn, introduciremos en el Anexo 3 la descripcin y empleo del aparato Wsthoff.

1.5.0 EL GRIS (metano)

El gris es prcticamente sinnimo de metano (CH4) del que contiene en promedio 95% con pequeos porcentajes de anhdrido carbnico (CO2), hidrgeno y, a veces, etino (C2H2), cido sulfhdrico (H2S) y monxido de carbono (CO). La parte combustible del gris est casi representada por metano puro. Es un gas combustible que se desprende de ciertos yacimientos de origen orgnico como el carbn, la potasa y algunas pizarras bituminosas.


El CH4 no es txico y por lo tanto no tiene accin nociva especfica sobre el organismo. Su presencia en porcentajes elevados ocasiona la disminucin del oxgeno a concentraciones insuficientes para la respiracin, y ha ocasionado muertes por asfixia en sitios, tales como: trabajos antiguos o ngulos muertos (partes superiores de tajos, avance de pozos en ascenso, etc.) muy mal ventilados.

1.5.2 LIMITE DE INFLAMABILIDAD EN MEZCLAS CON EL AIRE

En condiciones normales el metano (CH4) es inerte.

La propiedad ms caracterstica es su combustibilidad y la capacidad de formar con el aire mezclas explosivas Por combustin origina con el aire: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O (1) CH4 + 2O2 + 8 N2 + = 2H2O+CO2 + 2H2O + 8N2 O (2)

La frmula anterior nos ensea que se necesitan: 2 volmenes de oxgeno o 10 volmenes de AIRE para que el gris arda ntegramente. La combustin perfecta corresponde a 9% de CH4 y 91% de aire.

El ndice de explosividad del metano est comprendido dentro de ciertos lmites que dependen, por cierto, de un gran nmero de factores, tales como; temperatura, presin y mezcla de otros gases, como CO2, vapor de agua, forma y dimensiones del recinto o tnel que contenga la mezcla, Para las condiciones ms frecuentes en bajo tierra, los lmites de explosividad oscilan entre 5 y 14%, ver ecuaciones (1) y (2).

1.5.2.1 PRESENCIA DEL GRIS EN EL CARBN: EL GRIS, PUEDE ENCONTRARSE BAJO TRES FORMAS:

En poros y grietas: cuya importancia no es relativamente grande Por adsorcin: que es la acumulacin del gas en la superficie del carbn (unin fsica) y

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Absorcin: que es la dilucin del gas dentro de la estructura del carbn en forma de penetracin molecular, formando una solucin slida.

Estas formas ocurrencia del metano en el carbn tienen una dependencia directa con la presin atmosfrica. Cuando aumenta la presin baromtrica, el carbn puede admitir ms gas, y cuando sta disminuye pueden desprenderse cantidades grandes de gas.

1.5.3 DISPOSICIONES REGLAMENTARIAS CONCERNIENTES A LOS TENORES DE GRIS EN LA ATMSFERA DE LA MINA:

Las - principales disposiciones de las reglamentarias sobre los tenores de gris en los frentes y galeras son las siguientes: Art. 39: La actividad de los frentes situados sobre una misma corriente de aire y el volumen de aire que circula por ellos deben ser regulados de manera que la concentracin (en volumen) no sobrepase: 1% En tajos de explotacin. 1.5% en los retornos de aire de frentes de avance en carbn, carbn y roca. 1% en los retornos de aire principales.

Art. 40. Pargrafo 1. Los lugares donde el tenor de gris sobrepase del 2% deben ser evacuados por el personal, ya sea por iniciativa propia, o por la iniciativa del control de gas o por la supervisin; si este personal dispone de Lmparas de bencina, Metanmetro o Multidetector; al respecto deben darse instrucciones claras y precisas para este fin con las indicaciones en el caso de la altura de la llama en la lmpara.

Pargrafo 2. Sin perjuicio de la aplicacin del art. 44 (pargrafos 2 y 3) se deben tomar medidas inmediatas por la supervisin de la mina para la limpieza de la atmsfera de todo frente donde aparezca un tenor peligroso de gris. En todo caso se considera como peligroso un tenor de gris superior al 2%.

Los anteriores valores son similares, en nuestro caso, a los reglamentos de la mayor parte de pases mineros de Europa.

1.5.4 TIPOS DE DESPRENDIMIENTO DEL GRISU, O DESGASIFICACION:

Los desprendimientos metano se efectan segn las tres formas siguientes: a) Por SOPLOS: caso realmente excepcional. Este tipo de desprendimiento es causado por fallas o grietas naturales en las rocas.

b) Por DESGASIFICACION INSTANTANEA: con proyeccin de grandes volmenes de roca y carbn pulverizados. Tal tipo de desprendimiento de metano es bastante reducido, hasta el presente, a yacimientos muy bien caracterizados.

c) Por EMISION CONTINUA Y DIFUSA: denominada tambin normal, pues es el caso general; el cual vara en lmites grandes que dependen de: permeabilidad propia del manto carbonfero; la roca encajante (techo y piso), en la presin de la fase gaseosa; accidentes geolgicos naturales; perturbacin de los estratos superyacentes, provocada por la explotacin, la cual produce un verdadero drenaje a travs de la red de grietas que permiten la emigracin del gris a grandes distancias

En las minas europeas las cantidades de gris desprendidas por tonelada de carbn se sitan en promedio, alrededor de 20 m3; pero, algunas minas que no son grisutuosas llegan a desprender hasta 150 y hasta 200 m3 de metano por tonelada de carbn extrado.

1.5.5 DISTRIBUCION DE LOS PUNTOS DE DESPRENDIMIENTO

El gris se desprende no slo de fragmentos arrancados, sino tambin del carbn, in situ, por todas las superficies libres y fisuras que presenta; se mezcla a la atmsfera en los mismos frentes de trabajo, pero

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puede igualmente emigrar a travs de los terrenos fracturados para reaparecer en las vas, a grandes distancias de su punto de emisin.

En las labores de Desarrollo y Preparacin no influidas por otros trabajos, el desprendimiento de metano proviene de las paredes del frente; siendo generalmente escaso a excepcin de los yacimientos con soplos. En los tajos de explotacin el desprendimiento a lo largo del frente puede limitarse a 1/3 del total, el resto migra a travs de las grietas del techo para salir, luego, dentro de los 100 metros de la va de retorno en la cabecera del tajo. Diversas razones nos conducen a pensar que las rocas de la capa (techo y piso) pueden, segn su naturaleza, contener grandes cantidades de metano, que se suman al metano del manto, cuando se afectan los terrenos por las labores mineras.

1.5.6 INFLUENCIA DE LA VENTILACION

Entre los factores de ventilacin que influyen en la emisin de gris, unos son naturales, como la presin baromtrica; si sta disminuye, la desgasificacin aumenta. Durante la jornada de trabajo, le desgasficacin es bastante irregular y aumenta, especialmente en los turnos de picada del carbn (arranque). Otros factores son artificiales e inherentes a la accin del ventilador principal o auxiliar, con la reparticin de las presiones entre los diversos puntos de la mina y sus valores estn en relacin con la presin atmosfrica.

Para explicar los fenmenos que se relacionan con estas condiciones se puede citar varios mecanismos:

1. Desgasificacin del metano (CH4) ocluido en el carbn, que es tanto ms rpida si la presin exterior es demasiado dbil. 2. Evolucin del volumen de gas contenido en reservas. 3. Corrientes gaseosas parsitas que se establecen entre la superficie y las excavaciones de la mina, o entre los diversos puntos de la mina, a travs de grietas que atraviesan terrenos vrgenes o trabajos cargados de gris.

1.5.7.1 DETECCION DEL GRISU

La deteccin del gris en los trabajes de bajo tierra ha comenzado a preocupar a los explotadores de carbn, a medida que las minas van siendo cada da ms profundas. Las caractersticas inflamable y explosiva del gris, es bsica para la deteccin y determinacin de su porcentaje en bajo tierra.

El primer paso en la deteccin del gris fue el descubrimiento de la lmpara de seguridad de DAVY en el ao de 1.815, en 1.881 aparece el primer estudio serio sobre manmetros, debido a MALLARD y LE CHATELLIER

1.5.7.2 LMPARA DE SEGURIDAD:

Actualmente existen varios modelos de la lmpara original bastante mejorados, increblemente se usa la bencina como combustible.

Las indicaciones dadas por lmpara de seguridad son cualitativas e imprecisas y solamente son validas en presencia de tenores que oscilen entre 1 y 5% de metano en el aire. La lmpara, es entonces un grisuscopio, ms que un grismetro. La enorme ventaja de la lmpara, hasta los actuales momentos, ha radicado en que es al mismo tiempo un indicador de la ausencia de oxigeno, pues ella se apaga cuando el tenor de oxgeno es inferior al 16,25%.

Las partes esenciales de la lmpara de bencina son: - El encendedor - El cierre magntico - El vidrio de proteccin - y las rejillas interior y exterior (2)

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Existen varios mtodos para destacar la visibilidad de la aureola: sin puntilla y con puntilla de sal: 1. SIN PUNTILLA DE SAL: La lmpara enciende con una llama azul y la aureola es de un color azul claro, hasta color violeta, ver ANEXO 2.- FORMA DEL CONO LUMINOSO (aureola) DE LA LAMPARA DE BENCINA SIN PUNTILLA DE SAL. 2. CON PUNTILLA DE SAL: la aureola inicial es amarilla y la aureola formada es de color gris amarillento, ver ANEXO 1, FORMA DEL CONO LUMINOSO (aureola) DE LA LAMPARA DE BENCINA CON PUNTILLA DE SAL.

Para precisar mejor el conocimiento de llama, se recomienda disponer de una pequea cmara de combustin que nos permita conocer el tamao y color de la llama en presencia de una atmsfera grisutuosa, consultar ANEXO 4.- CAMARA DE COMBUSTION PARA EL ESTUDIO DE LA AUREOLA DE METANO

Como desventaja al uso de la lmpara pueden citarse los desperfectos que puedan presentarse en las rejillas, vidrios, en el cierre o una corriente de ventilacin fuerte que pueden iniciar una explosin, si hay gris dentro de los lmites explosivos es factible que ocurra este evento, ver ANEXO 5.- Fig. 1: CURVAS DE VARIACION ALTURA LLAMA SEGN PORCENTAJE DE OXIGENO. Fig. 2: COMPORTAMIENTO DE UNA LAMPARA EN FUNCION DE LA CONCENTRACION DE OXIGENO Y METANO DE UNA ATMOSFERA

En la actualidad el uso de la lmpara de seguridad ha sido prohibido en gran mayora de los pases europeos por las inseguridades que puede provocar. Por ello, ha sido reemplazada por el METANOMETRO aparato que sirve para medir la concentracin del metano y el OXIGENOMETRO, aparato que mide la concentracin, en volumen, del oxgeno en la atmsfera del aire estudiada, ver ANEXO 6.- NORMA PARA LAS MEDICIONES DE LAS VARIABLES PARA EL CALCULO DE LA ABERTURA EQUIVALENTE.

Actualmente, en el mercado se ha introducido el Multidetector, aparato del que hablaremos ms adelante.

Existen otros tres tipos de aparatos, utilizados en la deteccin y medicin del metano que son: - Los aparatos de conduccin cataltica - Los aparatos interfermetros - Los aparatos de conductibilidad trmica.

Aqu, solamente hablaremos de los aparatos de conduccin cataltica, por ser este aparato, ms usado en el caso de las minas de Aceras y cuyo uso se generaliz en nuestro medio, en el pasado y en los trabajos mineros del carbn en el mundo.

1. 5.7.3 METANMETRO:

El principio general de ellos, se basa en la combustin cataltica del gris sobre un filamento, generalmente de platino, precalentado e insertado en una de las ramas de un puente Wheatstone. La combustin del metano calienta el filamento conectado al puente: resulta as una modificacin de la resistencia y por consiguiente, se produce un desequilibrio del puente que est en relacin directa con la concentracin del gris, de manera que miliampermetro colocado en la diagonal de este puente puede ser graduado directamente en porcentaje (%) de CH4.

El metanmetro G.F.G. usado por las minas de Aceras Paz del Ro S.A., en su apogeo, el Mod. G-70, estaba provisto de dos escalas para diferentes concentraciones.

Escala superior, de 0 a 2% de metano. Escala inferior de 0 a 5%

Este equipo, adems, posee otras indicaciones especiales cuando los porcentajes estn entre + 5 y 15%, ms 15 y 60% y + 60 y 100%. Este aparato viene tambin provisto de una sonda o antena para muestrear los techos de las vas bajo tierra. Su precisin est dentro del rango 0.1% de CH4.

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1.5.7.4 APARATO ULTRAGAS:

En el laboratorio de las minas de Aceras se analizaba la concentracin de una muestra de CH4 mediante el empleo del aparato W hsthoff, explicado al principio de ese texto, al hablar de la deteccin del CO2 y que ampliaremos en el ANEXO 3.- DESCRIPCION DEL EMPLEO DEL APARATO WSTHOFF, PARA EL ANALISIS DE CH4, CO2, CO

1.6 GASES DIVERSOS

1.6.1 ACIDO SULFHIDRICO:

Arde cuando se encuentra en una concentracin superior al 6%, que constituye una mezcla explosiva. Es fcilmente soluble en el agua. Es reconocible por su olor caracterstico a huevos podridos.

Frmula: H2S. Peso especfico: 1.19 (respecto al aire)


Es un gas venenoso en concentraciones de:

50 a 100 p.p.m.: produce sntomas leves tales como una ligera conjuntivitis e irritacin de las vas respiratorias.

200 a 300 p.p.m.: ocasiona fuertes conjuntivitis e irritacin de las vas respiratorias despus de una hora de exposicin.

500 a 700 p.p.m.: tenor peligroso, despus de media hora de exposicin. 700 a 1000 p.p.m.: intoxicacin aguda, inconsciencia, paralizacin de la respiracin y muerte.

1000 a 2000 p.p.m.: intoxicacin inmediata, inconsciencia, paralizacin de la respiracin y muerte en

pocos minutos.

1.6.3 VALOR LIMITE PERMISIBLE (VLP)

La concentracin mxima permisible en el reglamento Decreto 1335 es de 20 p.p.m, para 8 horas de trabajo.


Se debe a circunstancias propias en la formacin de carbn. Descomposicin de maderas abandonadas en viejos trabajos u otras materias orgnicas y por descomposicin de algunos minerales que contengan azufre. Hay que tener en cuenta que este gas se disuelve en el agua, pudindose liberar posteriormente en cantidades importantes despus de haber recorrido grandes distancias.

1.6.5 APARATOS DE DETECCION Y MEDIDA

A pesar de su olor caracterstico, no es ste un medio seguro para su deteccin, pues los terminales de los nervios olfativos pueden paralizarse despus de una o dos inhalaciones.

El mtodo ms sencillo, para su deteccin consiste en impregnar un papel de filtro con una solucin de acetato de plomo, la que en presencia de H2S cambia su color a caf o negro. Tambin existen tubos detectores para usar con una bomba de aspiracin referencia Drager 19/31 o 21/31, de la casa Drger de Alemania.

1.7.0 OXIDOS DE NITROGENO:

El NO2 es un gas fcilmente soluble en el agua. Frmulas de xidos de Nitrgeno: N2O, NO2, N202, N2O3 y N2O5. Peso especfico del NO, 1.02 y NO2: 1,58 (respecto al aire).

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Los xidos de Nitrgeno son txicos. Segn los efectos que pueden ocasionar las concentraciones de perxido de Nitrgeno se clasifican as:

- 60 p.p.m. Producen irritacin inmediata en la gargantas - 100 p.p.m. como mnimo provoca una tos persistente - 100 a 150 p.p.m. concentracin muy peligrosa durante exposiciones muy cortas. - 200 a 700 p.p.m. rpidamente lleva a la muerte durante exposiciones relativamente cortas.

Su peligrosidad radica en que los xidos de nitrgeno son capaces de disolverse en el agua de los pulmones formando cidos nitrosos hasta ntricos, capaces de corroer las mucosas de las vas respiratorias.

El NO es mucho ms nocivo e igual de txico como el NO2, en igual concentracin.

1.7.2 VALOR LIMITE DE PERMISIBLE:

Su lmite mximo permisible segn reglamento Decreto 1335, en minas bajo tierra y para 8 horas de trabajo, es de 5 p.p.m.


Su formacin en las minas est relacionada con el trabajo con explosivos, particularmente en voladuras incompletas de dinamita (deflagracin). Tambin entra como componente en el exhosto de los Motores diesel y de gasolina, en la salida de los gases.

1.7.4 DETECCION Y MEDIDA.

La medida de estos gases se efecta mediante el empleo de tubos Drger y una bomba de aspiracin. Como indicador del xido de Nitrgeno sirve, tambin, el papel humedecido con una solucin de yoduro de potasio que se colorea rpidamente de azul en presencia de estos xidos.

1.8.0 ALDEHIDOS

Los Aldehdos son, producidos principalmente por el funcionamiento de motores de combustin interna. Sin embargo, pueden presentarse tambin por la destilacin del carbn en el curso de incendios.

El cuerpo humano es bastante sensible a tenores bajos en aldehdos: el olfato los detecta a partir de 1 x 10 6. Los efectos de exposiciones prolongadas a tenores dbiles no se conocen muy bien y estn en el campo de estudio. Ciertos autores los consideran como nocivos al organismo humano.

TABLA 1.1 CARACTERISTICA DE LOS GASES MS FRECUENTES EN LAS MINAS

GAS

FORMULA QUIMICA

PESO ESPECIFICO Kg/m3

PROPIEDADES FISICAS

EFECTOS NOCIVOS

ORIGEN EN LOS TRABAJOS MINEROS

DETECCCION Y APARATOS USADOS

VLP PUNTO FATAL O VALOR PELIGROSO

OBSERVACIONES

% PPM % PPM

OXIGENO

O2

1.1056

INCOLORO INODORO INSABORO

NO ES TOXICO

AIRE NORMAL RESPIRACION LAMPARA DE BENCINA OXIGENOMETRO MULTIDECTECTOR

Min. 19

< 6%

El reglamento establece 6m3 min. por cada hombre en un frente subterrneo

NITROGENO

N2

0.9673

INCOLORO INODORO INSABORO SOFOCANTE

ASFIXIANTE

AIRE NORMAL Y EN ESTRATOS ENTRE LAS CAPAS DE ROCA

UN AUMENTO POR ENCIMA DEL VALOR NORMAL EXTINGUE LA LLAMA

80

GAS CARBONICO

CO2

1.5291

INCOLORO INODORO SABOR LIGERAMENTE ACIDO, IRRITA LA VISTA

ASFIXIANTE

RESPIRACION ESTRATOS INCENDIOS VOLADURAS COMBUSTION INTERNA DE MAQUINAS , CUALQUIER COMBUSTION

RESPIRACION, EXTINCION DE LA LLAMA EN LA LAMPARA DE BENCINA, BOMBA DE APIRACION Y TUBOS

0.5

5.000

>12 %

Por ser ms pesado que el aire se le encuentra en el piso de las vas en bajo tierra

METANO

CH4

0.5545


EXPLOSIVO ASFIXIANTE

ESTRATOS, MANTOS DE CARBON, PUTREFACCION ATERIAS ORGANICAS

LAMPARA DE BENCINA METANOMETRO, MRLTIDETECTOR Y MEDIDOR DE MEZCLAS EXPLOSIVAS

Max. 1.0

5 a 15% mezcla explosiva

Por ser ms liviano que el aire se le encuentra en las partes altas de las vas bajo tierra

MONOXIDO DE CARBONO

CO

0.9672


VENENOSO Y EXPLOSIVO

VOLADURAS, MOTORES DE COMBUSTION, INCENDIOS

BOMBA DE ASPIRACION Y TUBOS, MULTIDECTECTOR

0.005

50

13-75% mezcla explosiva

Tiene mucha ms afinidad por la hemoglobina de la sangre que el oxgeno, forma con ella la carboxihemoglobina

OXIDOS DE NITROGENO

NO2 N2 O NO

1.5895 1.5192 1.0358

OLOR IRRITANTE, PARDO ROJIZO, SABOR AMARGO

VENENOSO

VOLADURAS MOTORES DE COMBUSTION, COMBUSTION INCOMPLETA

OLOR, COLOR, BOMBA DE ASPIRACION Y TUBOS, MULTIDETECTOR

0.0005

5

0.005%

50

Es el gas ms peligroso. En minas debe controlarse peridicamente en los frentes donde se produzca en voladuras con ANFO ventilar bien

ACIDO SUFHIDRICO

H2S

1.1912

OLOR A HUEVOS PODRIDOS, SABOR ACIDO

VENENOSO Y EXPLOSIVO

AGUA DE ESTRATOS, VOLADURAS

OLOR, BOMBA DE ASPIRACION, MULTIDETECTOR

0.002

20

4-46% mezcla explosiva

1000 ppm causa muerte inmediata

Ocupa el segundo lugar de peligrosidad. Los frentes donde aparezca deben ser bien ventilados

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1.9 ASPECTOS RELATIVOS A PROBLEMAS CON LOS GASES

Respecto a los problemas de gases, es bueno tener en claro las siguientes consideraciones:

Esta relacin es de volumen. Esta ecuacin nos lleva a concluir que una persona, en el caso de la mina, un trabajador minero, en la ejecucin de una actividad determinada consume una determinada cantidad de oxgeno y por consiguiente de aire. Estudios mdicos han dado como resultado las cifras que aparecen a continuacin en la tabla siguiente:

TABLA 2

ACTIVIDAD RESPIRA CIONES POR MINUTO

AIRE INHALADO EN CADA RESPIRACIN LITROS

TOTAL AIRE INHALADO LITROS/MIN

OXIGENO CONSUMIDO LITROS/MIN

COCIENT E RESPIRA TORIO

REPOSO 12-18 0.4-0.71 5-13 0.283 0.75 MODERADA

30

1.5-2

46-59

1.98

0.90 ESFUERZO

40

2.5

98

2.83

1.00

De acuerdo con la tabla anterior y el mximo cociente respiratorio, la cantidad de bixido de carbono (CO2) expulsado en la respiracin al inhalar el volumen de oxgeno establecido en la tabla 2, es igual a 2,83 litros/minuto, para un trabajo con esfuerzo.

El reglamento de Seguridad en las Labores Subterrneas, Decreto 1335 de 1987, establece 6 m3/min. de aire para cada trabajador que labore en la mina.

Para el clculo de la cantidad mnima de aire requerida en el proceso de respiracin, deben tenerse en cuenta los siguientes compromisos del reglamento anterior, en el capitulo de ventilacin:

Lmite de seguridad (%) en volumen de oxgeno en la atmsfera de trabajo, segn lo establecido en el reglamento anterior: 19% Contenido mximo permisible, de gas carbnico CO2, segn el reglamento antes mencionado 0.5%.

PROBLEMA 1.- Calcular la cantidad de aire necesaria, Q de acuerdo con el cuadro anterior, en m3/minuto. Solucin: Para la solucin a este problema nos situaremos en una actividad de trabajo con mucho esfuerzo, que es la actividad que realiza, regularmente, un minero en bajo tierra.

ECUACION DE CONSUMO

Cantidad de O2 el aire Cantidad de O2 para respiracin = Cantidad Min. de O2 en frente

0.21*Q 2.83 litros/min.* 1m3/1.000litros = 0.19*Q

De donde: Q = 0.00283/(0.21-0.19) = 0.1415 m3/minuto, o sean 141.5 litros/min. de aire

PROBLEMA 2.- Como en el ejemplo anterior, calcular Q requerido en m3/min.

DATOS DEL PROBLEMA: Mxima Concentracin de CO2 es igual a: 0.5%.

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3 Solucin: Cociente respiratorio para mximo esfuerzo = 1 CO2 exhalado /O2 = 1 De donde: CO2 exhalado = 1 * 0.00283 = 0.00283 m

/minuto

ECUACION DE BALANCE Cantidad CO2 en aire + Cantidad de CO2 de respiracin = Cantidad de CO2, VLP en frente

O sea que: 0.03% * Q + 0.00283 = 0.5% * Q

De donde: Q = 0.0283 /(0.005 0.0003) = 0.602 m3 /minuto, o sean 602 litros/ minuto de aire.

CAPTULO II

HUMEDAD Y TEMPERATURA

2.0 GENERALIDADES:

El aire seco atmosfrico es una mezcla gaseosa que contiene N2 y 02, tambin, tiene trazas de CO2 y de H2, lo mismo que pequesimas cantidades de gases raros como He, Ne, A, Kr; entre estos ltimos constituyentes del aire, solamente el Argn(A) se encuentra presente en una concentracin relativamente apreciable. En los trabajos de bajo tierra algunos gases diferentes a los mencionados pueden agregarse a la mezcla de aire. Es as como el tenor de CO2 puede ser ms elevado, es posible que llegue a contener una cierta cantidad de CH4. Sin embargo, el aire, en aplicaciones industriales y para el establecimiento de documentos de trabajo relativos al aire hmedo, se caracteriza generalmente por su composicin volumtrica (numricas o molculas), as:

O2 = 0.210 N2 = 0.781 A = 0.009

El peso molecular ficticio de esta mezcla se obtiene haciendo la suma de los pesos moleculares de los constituyentes; multiplicando, previamente, cada uno de ellos por la concentracin molecular (Ma) correspondiente, o sea:

Ma = 32 [%O2] + 28.06 [%N2] + 39.944 [%A] = 32 x 0.210 + 28.016 x 0.781 + 39.944x 0.009 = 28.96 Kg./mol

Pero el aire atmosfrico no es seco, es hmedo y contiene vapor de agua. Ello, hace necesario definir el tenor de agua en el aire hmedo por una concentracin (sea en peso o sea en volumen). En la prctica se ha recurrido a tres caractersticas, como se ha hecho a menudo en el estudio de mezclas binarias. Tales caractersticas son: la humedad absoluta, el grado higromtrico y el grado de saturacin.

2.1 HUMEDAD ABSOLUTA:

Se llama humedad absoluta la caracterstica en la cual Pv designa el peso de vapor de agua en kilogramos, mezclado con Pa kilogramos de aire seco,

Pv

X= Pa

Como se observa, entonces, el peso Pv no est relacionado al peso total (Pa+Pv) de la mezcla, sino al peso Pa del aire seco. Esta forma de expresin se halla justificada, por el hecho de que en las aplicaciones, el peso Pa permanece constante, mientras que el vapor de agua, Pv vara a causa de la evaporacin o de la condensacin del constituyente agua (H20).

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Si Pa = 1Kg., entonces, se tiene que Pv = X Kg., lo que significa que en la mezcla, un kilogramo de aire esta acompaado de X Kg. de H2O. Una cantidad determinada de aire hmedo podr entonces, ser definida por el peso Pa de aire seco que ella contenga y pesar en total Pa*(1+X) kg.

2.2 HUMEDAD RELATIVA O GRADO HIGROMTRICO

Esta segunda caracterstica se obtiene comparando la presin parcial pv del vapor en la mezcla, con la presin de saturacin pv (psh en la frmula de Sprung) del vapor de agua a la misma temperatura. Ella se define por:

= pv = p 'v

pv psh

( formula * de * Sprung )

Que relaciona la presin de saturacin del vapor de agua con la temperatura; es conocida por la curva de vaporizacin del agua y se expresa en tablas del vapor de agua saturado a las diferentes temperaturas.

Si p es la presin total de la mezcla y la presin parcial del aire seco es: pa. Entonces:

pa = p pv = p pv

Como las presiones parciales pa y pv, segn las leyes, de las mezclas gaseosas, son respectivamente proporcionales a las concentraciones en aire seco y de agua, tambin finalmente a los nmeros de k- moles Pa/28,96 y Pv/18,02 de aire seco y de agua; 28,96 y 18,02 siendo respectivamente los pesos moleculares ficticios del aire seco y del agua, se tendr:

pv =

Pv pv = 18.02

= 1.607 Pv = 1 Pv pa p p 'v Pa

28.96 Pa 0.622 Pa

de donde se saca la relacin entre x y :

x = 0.622 pv p p 'v

= 0.622 p 'v

p p 'v

Cuando = 0; se tiene tambin, que x = 0. La mezcla es, entonces, completamente aire seco. Cuando = 1 el aire est saturado de vapor de agua; el vapor de x correspondiente, que designaremos por x, se convierte entonces, en:

p '

X' = 0'622. v p pv '

2.3 GRADO DE SATURACION

La tercera caracterstica utilizada, a veces para de finir la humedad del aire, es el grado de saturacin, o sea la relacin:

= x x '

Del peso de vapor de agua mezclado a 1 Kg. de aire seco, el peso x' de vapor de agua que podra contener 1 kg. de are seco en el estado de saturacin y a la misma temperatura. Segn las frmulas

anteriores se obtiene, entonces, lo siguiente: = x = x '

p p 'v p p 'v

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Cuando no sea demasiado diferente de la unidad"(0.8<

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Es conveniente, sin embargo, sealar que para atmsferas muy secas ( 45 50 C), la constante psicromtrica deber ser ligeramente reducida si se quieren obtener resultados muy exactos.

2.4 MEDICIONES DE LA HUMEDAD

La humedad del aire se puede definir por la humedad absoluta, la humedad relativa al grado de saturacin y punto de roco. Cuando se encuentra una de estas magnitudes, adems de la temperatura y presin, se pueden encontrar las otras, ya sea por las frmulas anteriores, por tablas o grficos psicromtricos. Para efectos prcticos, la humedad se determina con los siguientes aparatos: higrmetros, hipsmetros y psicrmetros. En bajo tierra se emplean usualmente los psicrmetros.

2.4.1 EL HIGROMETRO

Ms conocido es el de cabellos humanos desengrasados, cuya longitud varia directamente en funcin de la humedad relativa del medio ambiente. Estos aparatos son poco precisos; adems, los cabellos pierden poco a poco sus propiedades higromtricas y deben regenerarse peridicamente dentro de un ambiente saturado. El mejor mtodo de medida de la humedad del aire es por medio del mtodo psicromtrico, que aprovecha los fenmenos que se producen durante la evaporacin adiabtica del agua en contacto con el aire.

2.4.2 EL PSICROMETRO, VER ANEXO 7 PSICROMETRO MANUAL

Es un higromtro que consta esencialmente de 2 termmetros idnticos y que permite lecturas hasta dcimas grado. El bulbo de mercurio del primero es seco (Termmetro seco); el del segundo se mantiene hmedo por medio una mecha de algodn, muselina o pabilo que se moja con agua destilada antes de usarse (termmetro hmedo) y en cada medicin. Los dos bulbos estn construidos al abrigo de la radiacin de paredes vecinas por medio de una cubierta apropiada.

Si se hace circular aire, cuya humedad se desea determinar sobre los dos termmetros, se producir una evaporacin del agua que moja el termmetro hmedo. Si la accin calorfica del medio exterior sobre el termmetro hmedo es despreciable, esta agua har descender la temperatura despus de un cierto tiempo hasta una temperatura limite de enfriamiento que ser indicada en ese momento por el termmetro hmedo; llamaremos a esta temperatura, la temperatura hmeda del aire y la designaremos por th, Al mismo tiempo se lee la temperatura del aire en el termmetro seco, que llamaremos temperatura seca, ts; estas dos lecturas permiten la determinacin del estado higromtrico del aire. Las lecturas deben hacerse despus de unos 4 minutos de haber hecho funcionar el ventilador del psicrmetro, tiempo aproximado, en la prctica, para la estabilizacin; de las temperaturas hmeda y seca. Por este mtodo se obtienen resultados bastante precisos tratndose de un psicrmetro cuyo bulbo hmedo est bien protegido de las radiaciones de las paredes vecinas y de los incrementos de calor por conduccin. La velocidad del aire a travs de los dos termmetros debe ser del orden de 2,5 m/seg. En el ANEXO 8 NOMOGRAMA PARA LA AVERIGUACION APROXIMADA DE LA HUMEDAD RELATIVA (), se explica por medio de un ejemplo la manera rpida de averiguar en forma aproximada la humedad relativa de un lugar, conociendo las temperaturas hmeda y seca. Este valor en el nomograma tiene un apreciable margen de error, pero es una informacin bastante aproximada cuando se desea tener en forma rpida.

2.5 CAUSAS DE ELEVACION DE LA TEMPERATURA DEL AIRE DE LA MINA:

La temperatura de la corriente de ventilacin de una mina est basada en el hecho de que las galeras y las explotaciones, en una mina poco profunda, estn situadas en terrenos donde la temperatura es, generalmente superior a la temperatura de la corriente de ventilacin.

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En efecto, se sabe que el calor interno del globo se manifiesta sobre la casi totalidad de la extensin de los corrientes de masas de aire y ocanos por un flujo trmico, transmitido por conductibilidad; valor que alcanza hasta 1 2 x 10-6 cal/seg.cm2 en la corteza terrestre, dando origen a un gradiente trmico que es del orden de 1C por 30m de profundidad, en promedio. La temperatura del suelo aumenta, entonces, con la profundidad, sobre todo en los primeros kilmetros de espesor de la litosfera; solamente se descartan aquellas formaciones extremadamente cerca a la superficie del suelo y que estn sometidas a variaciones diversas y anuales de la temperatura del aire.

El aumento de profundidad correspondiente una elevacin de temperatura de 1C se llama grado geomtrico. El valor inverso del grado geotrmico, se denomina gradiente geotrmico correspondiente al aumento de temperatura por metro de profundidad. En Francia, el valor medio del grado geotrmico es de 32 m/1C,

Se citan grados geotrmicos mnimos como en Yugoslavia, de 10 m por 1C y mximos de 70 m por 1C en Checoslovaquia. Se concluye, entonces, que un grado geotrmico pequeo origina una elevacin rpida de la temperatura del aire de la mina.

En minas profundas, las seis causas principales para el aumento de la temperatura son: a) La compresin adiabtica del aire en el pozo de entrada. b) El calor del terreno. c) El calor debido a las diferentes formas de oxidacin (la oxidacin del carbn que desempea el papel importante, la combustin de los motores Diesel, efectos de los explosivos, lmparas de llama abierta y la respiracin del personal y animales). d) Temperatura del aire en superficie. e) Intensidad de la ventilacin, y f) Otros factores.

En general en las minas profundas, las medidas siguientes ocasionarn una mejora sensible de la temperatura:

1) Introduccin de aire comprimido a la mina, cuando las instalaciones de compresores se encuentran en superficie; desage y extraccin del agua por los retornos de aire y no por las entradas de aire.

2) Empleo de relleno, en lugar de mtodo de hundimiento,

2.6 MEDIDA DE LA TEMPERATURA EN LAS MINAS

Con el objeto de efectuar mediciones de temperatura en las minas se pueden usar:

2.6.1 TERMOMETROS ORDINARIOS:

De vidrio, basados en la dilatacin del mercurio, u otro lquido coloreado.

2.6.2 PARES TERMO-ELECTRICOS

Los cuales se basan en la propiedad que tienen dos metales diferentes, al calentarse, de producir una fuerza electromotriz segn la naturaleza de cada metal y por la temperatura en la unin entre los dos metales.

2.6.3 DE RESISTENCIA VARIABLE Con coeficientes de temperatura positiva o negativa. Los ms importantes y generalizados son los negativos, llamadas terminstancias, fabricados con sustancias semiconductoras cuya resistencia vara en funcin de temperatura absoluta.

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2.7 INFLUENCIA DEL CLIMA EN EL CUERPO HUMANO

El obrero en el trabajo, emite al rededor del medio en que labora un flujo de calor animal (manifestacin del metabolismo), que es una funcin caracterstica de la actividad fsica es necesaria para el equilibrio fisiolgico del trabajador.

Los cambios trmicos del cuerpo humano con el medio se efectan esencialmente por radiacin, conveccin y evaporacin; la conduccin, por medio del suelo y herramientas, juega papel de poca importancia.

En este orden de ideas, los parmetros caractersticos de un lugar de trabajo son: la temperatura media de las paredes de la va subterrnea, de la cual dependen cambios por radiacin; la temperatura seca , y la velocidad del aire de la que se originan cambios por conveccin, a temperatura seca y humedad del aire que caracterizan la tensin de vapor de agua en la atmsfera del frente de trabajo bajo tierra, las que para una velocidad determinada del aire fijan un limite en los cambios por evaporacin, la temperatura media de las paredes de las vas bajo tierra, difcil de medir, es generalmente cercana a la temperatura seca del aire, an cuando aquella puede excederla sin embargo, en algunos grados de temperatura.

Tambin puede, adems, reducirse en primera aproximacin a tener en cuenta la temperatura seca, la temperatura hmeda y la velocidad del aire para caracterizar el clima del medio. La temperatura seca ts y la temperatura hmeda th se miden aislada y rpidamente con el psicrmetro, con una precisin bastante grande; en cuanto a la velocidad del aire su medida se realiza con el empleo del anemmetro; de ningn modo es necesario tener en cuenta velocidades inferiores a 30 cm. /seg., cantidad generalmente asegurada al contacto del obrero por la sola agitacin de ste en el curso del trabajo.

El obrero se adapta ms a las atmsferas calientes, de tal manera, que los reflejos fisiolgicos que elevan la temperatura del cuerpo (crecimiento del ritmo del pulso) y de la piel (vaso dilatacin de los vasos superficiales), determinan una transpiracin ms o menos desarrollada o acelerada. En minas calientes, la temperatura seca del aire y la de las paredes de las vas son ms a menudo superiores a la de la piel del obrero, que recibe as caloras por radiacin y conveccin; la evaporacin del sudor es, entonces, factor esencial de la disipacin del flujo de calor del trabajador en el medio de trabajo, lo que explica la abundante sudoracin de los obreros generalmente desvestidos en los ambientes ms calientes (minas del Valle del Cauca).

Se define como temperatura efectiva te, de un lugar, la de un recinto equivalente, desde el punto de vista de la disipacin del flujo de calor, para la cual la temperatura de las paredes, la temperatura seca y la temperatura hmeda son iguales (aire saturado de humedad) con velocidad del aire igual a cero. En este recinto el obrero experimentara para una actividad, la misma sensacin que la que experimentara en un frente de trabajo en bajo tierra.

Entre la temperatura efectiva y el flujo de calor mximo, que un obrero normalmente pueda disipar en un lugar, existe una relacin aproximada simple que puede traducirse por la expresin siguiente, en militermios por hora, de flujo mximo emitido por un obrero completamente desvestido:

Flujo de calor emitido = 100 + 30 (34 - te)

Vlida para te >27C. Entre mayor sea la temperatura efectiva, menor ser el flujo de calor que el obrero pueda disipar en cualquier sitio de trabajo (ambiente de trabajo); el flujo de calor del adulto en reposo es alrededor de 100 militermios por hora, se puede decir que toda actividad fsica sostenida es prcticamente imposible para un obrero medio, a partir de cuando la temperatura pase de 34 grados centgrados.

En el rendimiento del motor humano, se considera bastante baja, una emisin de 450 militermios por hora, la cual corresponde a un trabajo pesado del orden de 8,500 kilogrmetros tiles a la hora (equivalente mecnica de 20 militermios). La elevacin de la temperatura implica obligatoriamente una

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reduccin de la productividad del obrero, tanto ms, si se trata de trabajos pesados; al mismo tiempo se produce una reduccin de sus facultades generales, (destreza, atencin) desfavorable para la seguridad.

Se puede naturalmente buscar, seleccionar y entrenar los obreros que manifiesten aptitudes particulares para soportar altas temperaturas; los mineros indgenas de ciertas regiones tropicales a ambientes calientes y hmedos se adaptan a temperaturas que no podran ser toleradas por obreros de climas fros y secos.

No existe una relacin precisa simple entre la temperatura resultante y los diferentes parmetros caractersticos de un frente minero. Aproximadamente para las minas calientes en las cuales la temperatura media de las paredes no exceda notablemente la temperatura del aire se puede utilizar la siguiente expresin:

t = 0.7t + 03t -

Un clculo ms preciso puede lograrse con el empleo del Nomograma del ANEXO 9.- NOMOGRAMA PARA EL CALCULO DE LA TEMPERATURA EFECTIVA, el cual trae un ejemplo para el clculo de la temperatura efectiva de un frente. En la cual ts y th (temperaturas hmedas y secas) son expresadas en grados centgrados y V, la velocidad del aire en el sitio de trabajo del obrero, est expresado en m/s; tal expresin da un valor bastante aproximado a la temperatura efectiva en el sitio de trabajo. La relacin anterior, nos muestra la preeminencia de la temperatura hmeda del aire y la influencia de la velocidad del aire, en la evaporacin y en el clculo de la temperatura efectiva de un lugar de trabajo.

El aumento del flujo de la ventilacin juega por lo tanto un papel importante no slo para el trmino V sino tambin para la reduccin de ts y th, como se observa.

Conviene tener en cuenta que las disposiciones materiales de un frente de trabajo pueden ser tales que la velocidad del are tenga valor muy diferente en puntos relativamente cercanos, por lo tanto, las condiciones de trabajo del obrero pueden, entonces, variar de una manera sensible en el estudio de un mismo frente.

S una necesidad absoluta (trabajos de salvamento) o que tenga por objeto el disminuir un peligro inminente, impone que determinada actividad fsica deba realizarse en un lugar de temperatura excesiva, cae de su peso que ella no podra ejecutarse en una jornada norm al de trabajo; s no con esfuerzos en tiempo de duracin limitada y cortos, y disponer de un reposo conveniente en ambientes confortables donde el obrero est en condiciones para restablecer su equilibrio fisiolgico.

PROBLEMAS

a. Calcular la densidad del aire de Sogamoso, para temperaturas ts= 18C y th= 14C. Calcule tambin la humedad relativa por el Mtodo de Sprung. Compare este valor de humedad relativa del grfico Nomograma con el valor obtenido de la frmula de Sprung. Ver ANEXO 8.- NOMOGRAMA PARA LA AVERIGUACION APROXIMADA DE LA HUMEDAD RELATIVA ()

1. Valindose de las frmulas estudiadas, para el clculo de la humedad relativa y utilizando la frmula de Sprung, calcule las columnas que aparecen en blanco en el cuadro de acuerdo con la informacin que se suministra en el mismo. Saque conclusiones del cuadro.

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FRENTE

ALTU RA m

pbarom trica mm Hg.

p.especi f.

m3

TEMPERAT URAS C

v del aire m/s

efect iva

PRESIONES

SPRU NG %

ABA CO %

Grado de comodi dad

SECA t

HU ME DA tH

VAPO R pv

SAT URA CI N

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