VENTILACION MINERA

VENTILACION Página 1

INTRODUION

En la mina, de nuestros días necesitamos un sistema de ventilación que va siendo más

complejo cada día. Esto implica la necesidad de conoces can más profundidad le sistema de

ventilación, pero sobre todo el ventilador y todo sus elementos auxiliares que junto con el

sistema de arranque y control de forma que se cumpla el D.S. 055 EM

Este articulo reúne todos los elementos necesarios para realizar la caracterización del sistema

de ventilación de una mina subterránea, todo ello en marco del D.S. 055 EM artículo 236-240

que regula las actividades de explotación minera bajo tierra, en especial bajo aquellos títulos

donde se tratan los temas de ventilación y temperaturas, vitales para asegurar el confort de las

personas al interior de la explotación.

No solo se tocarán los temas desde el punto de vista jurídico, sino que también se abordarán

desde el análisis técnico de cada uno de los elementos identifi cados como vitales a la hora de

caracterizar una mina.

Dentro de los aspectos a tener en cuenta para garantizar una buena ventilación, están las

velocidades máximas y mínimas para el aire que puede circular al interior de las minas, así

como los valores limites permisibles para los gases que se generan en la explotación. Para

garantizar un control óptimo de las condiciones en la mina debe hacerse un seguimiento a

través de aforos de los caudales y temperaturas; y de un monitoreo continuo de la atmósfera

minera para conocer las concentraciones de gases con el fi n de controlar todos aquellos

elementos que pongan en peligro la vida de quienes laboran en la mina.


ÍNDICE 1 CAPITULO I .................................................................................................................................. 2

1.1 VENTILACION ..................................................................................................................... 3

1.2 LÍMITES DE EX POSICIÓN OCUPACIONAL PARA AGENTES QUÍMICOS ................... 3

1.3 TIPOS DE LÍMITES .............................................................................................................. 3

1.4 FLUJO DE AIRE EN GALERÍAS O DUCTOS (LEY DE ATKINSON) .............................. 6

1.5 VENTILACIÓN NATURAL ................................................................................................. 7

2 CAPITULO III ............................................................................................................................... 9

2.1 VENTILADORES MECANICOS ......................................................................................... 9

2.2 VENTILACIÓN AUXILIAR ................................................................................................. 9

2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS VENTILADORES .................................................................... 9

2.3.1 VENTILADORES CENTRIFUGOS .............................................................................. 9

2.3.2 VENTILADORES AXIALES ...................................................................................... 10

2.4 TIPOS DE TUBERÍAS ........................................................................................................ 11

2.5 VENTILACIÓN SOPLANTE .............................................................................................. 12

2.6 VENTILACIÓN ASPIRANTE ............................................................................................ 13

2.7 VENTILACIÓN ASPIRANTE Y SOPLANTE SIMULTÁNEAS ....................................... 14

2.8 SELECCIÓN DE VENTILADORES: .................................................................................. 16

2.9 PUNTO DE OPERACIÓN DEL SISTEMA: ....................................................................... 16

2.9.1 Potencia del motor: ....................................................................................................... 17

2.10 AIRE ATMOSFÉRICO DE LA MINA ................................................................................ 17

2.11 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES CONTAMINANTES ............................................. 18

2.11.1 MATERIAL PARTICULADO ..................................................................................... 18

2.12 LEYES DEL VENTILADOR .............................................................................................. 21

2.13 MEDIDAS DE SEGURIDAD .............................................................................................. 21

2.14 CIRCUITOS COMPLEJOS: ................................................................................................ 23

3 CAPITULO III ............................................................................................................................. 24

3.1 VENTILACIÓN EN MINAS DE CARBÓN ....................................................................... 24

4 CONCLUCIONES ....................................................................................................................... 27

5 RECOMENDACION ................................................................................................................... 27

6 ANEXOS ..................................................................................................................................... 28

7 GRÁFICOS DEL TRABAJO ....................................................................................................... 30

8 Bibliografía .................................................................................................................................. 31

1 CAPITULO I


1.1 VENTILACION La ventilación en toda labor minera deberá ser con de aire limpio a las labores de trabajo de

acuerdo a las necesidades del trabajador, de los equipos y para evacuar los gases, humos y polvo

suspendido que pudieran afectar la salud del trabajador. Todo sistema de ventilación en la actividad

minera, en cuanto se refiere a la calidad de aire, deberá mantenerse dentro de los límites máximos

posibles siguientes. (AGUIRRE ZARATE, 2013)

Polvo inhalable :

Polvo respirable :

Oxigeno (o2) : mínimo 19.5% y máx. 22.5%

Dióxido de carbono : máximo ó 5000 ppm.

30000 por un lapso no superior de 15 min.

Monóxido de carbono : máximo . Ó 25 ppm

Metano (NH4) : máximo 5000 ppm

Hidrogeno sulfurado : máximo14 mg/m3. Ó10 ppm

Gases Nitrosos (NO) : 25 ppm

Anhídrido Sulfuroso : 2 ppm mínimo a 5ppm máximo

Aldehídos : máximo 0.1 ppm

Ozono : máximo 0.1 ppm

ANEXO Nº 4

1.2 LÍMITES DE EX POSICIÓN OCUPACIONAL PARA AGENTES

QUÍMICOS

Deberá mantenerse dentro de los límites de exposición ocupacional para agentes químicos de acuerdo

al ANEXO Nº 4 y lo establecido en el Decreto Supremo Nº 015-2005-SA o la norma que la

modifique o sustituya.

1.3 TIPOS DE LÍMITES

TWA: Media Moderada en el Tiempo (Time Weighted Average) . Para comparar con e l


promedio ponderado en el tiempo de exposición a concentración es individual durante

toda la jornada de trabajo. Los límites TWA para 8 horas necesitan corrección al ser

aplicados a jornadas de trabajo diferentes.

STEL: Exposicion de Corta Duración: Short Time Exposure Level . Límita las

exposiciones a corto tiempo, normalmente 15 minutos. Límite a comparar con la

exposición promedio ponderada en el tiempo acumulada durante 15 minutos contínuos.

La exposición a concentración es mayores no debe superar los 15 minutos y puede

ocurrir un máximo de 4 veces por jornada con descansos de 1 hora mínimo entre

exposiciones.

C: Ceiling . Nive l Techo de Exposición. Límite que en ningún momento deberá ser

sobrepasado.

Nº Agentes Químicos (en el aire) Límites de Exposición Ocupacional

TWA STEL T echo (C)

1 Acetona 500 ppm 750 ppm

2 Ácido Acético 10 ppm 15 ppm

3 Ácido Clorhídrico 2 ppm

4 Ácido Nitrico 2 ppm 4 ppm

5 Acido Sulfhídrico (H2S) 10 ppm 15 ppm

6 Amoníac o Anhidro 25 ppm 35 ppm

7 Anhídrido Sulfuroso (SO2) 2 ppm 5 ppm

8 Antimonio 0.5 mg/m3

9 Arseniato de Plomo 0.15 mg/m3

10 Arseniato de Calc io 1 mg/m3

11 Arsé nico (can) 0.01 mg/m3

A1

12 Benceno (can) 0.5 ppm (p)

13 Cianuro (Como CN) 5 mg/m3 (p)

14 Cianuro de Hidrogeno (HCN) 4.7 ppm(p)

15 Cloro 0.5 ppm 0.1 ppm

16 Clorobenceno 10 ppm 20 ppm

17 Cloroformo 10 ppm

18 Cobre (humo) 0.2 mg/m3

19 Cobre (polvo/neblina) 1 mg/m3

20 Dióxido de Carbono 5000 ppm 30000 ppm

21 Dióxido de Nitrógeno 3 ppm 5 ppm

22 Éter Etílic o 400 ppm 500 ppm

23 Fluoruro de Hidrogeno (HF) 2.5 mg/m3

24 Formaldehído 0.3 ppm

25 Fosgeno 0.1 ppm

26 Gasolina 500 ppm

27 Hidrógeno (H) 5000 ppm

28 Humo de Cadmio (can) 0.01 mg/m3

29 Humo de Óxido Férrico 5 mg/m3

30 Manganeso 0.2 mg/m3

31 Mercurio 0.025 mg/m3(

p)


32 Metano (CH4) 5000 ppm

33 Monóxido de Carbono (CO) 25 ppm

34 Mónoxido de Nitrogeno 25 ppm

35 Nebli na de acido sulfúrico 1 mg/m3 3 mg/m3

36 Oxígeno (O2) 19.5 % 22.5 %

37 Ozono Trabajo Pesado 0.05 ppm

38 Ozono Trabajo Moderado 0.08 ppm

39 Ozono Trabajo Ligero 0.1 ppm

40

Ozono Trabajo Cualquiera (<= 2 horas)

0.2 ppm

41 Plomo 0.05 mg/m3

42 Polvo de Carbón - Antracita 0.4 mg/m3

43 Polvo de Carbón - Bituminoso 0.9 mg/m3

44 Polvo inhalable (1) 10 mg/m3

45 Polvo respirable (1) 3 mg/m3

46 Selenio 0.2 mg/m3

47 Síl ice Cristalino Respirable (Cri stobalita) 0.05 mg/m3

48 Síl ice Cristalino Respirable (Cuarzo) 0.05 mg/m3

49 Síl ice Cristalino Respirable (Tridimita) 0.05 mg/m3

50 Síl ice Cristalino Respirable (Tripoli) 0.1 mg/m3

51 Talio, Compuestos solubles de 0.1 mg/m3(

p)

52 Telurio 0.1 mg/m3

Teniendo en consideración lo estipulado en el reglamento de seguridad y salud ocupacional aprobado

por el ministerio de energía y minas en el decreto supremo Nro. 055-2010-EM, se tomara en cuenta lo

siguiente:

En todas las labores subterráneas se mantendrá una circulación de aire limpio y fresco en cantidad y

calidad suficiente de acuerdo con el número de personas, con el total de HPs de los equipos con

motores de combustión interna así como para la dilución de los gases que permitan contaren el

ambiente de trabajo con un mínimo de 19.5% i un máximo de 22.5% de oxígeno, cuando las minas se

encuentran hasta 1500 metros sobre el nivel del mar, en los lugares de trabajo, la cantidad mínima de

aire necesaria por hombre será de 3 metros cúbicos por minuto, en otros altitudes las cantidades de aire

será de acuerdo con las siguientes escalas:

1. De 1,500 a 3,000 msnm, aumentará en 40% que será igual a 4 m³/min

2. De 3,000 a 4,000 msnm aumentará en 70% que será igual a 5 m³/min

3. Sobre los 4,000 msnm aumentará en 100% que será igual a 6 m³/min

En caso de emplearse equipo diesel, la cantidad de aire circulante no será menor de tres(3) metros

cúbicos por minuto por cada HP que desarrollen los equipos, en ningún caso la velocidad del aire será

menor de 20 metros por minuto (EM, 2010)

Ni superior a 250metros por minuto en las labores de explotación incluido el desarrollo, preparación y

en todo lugar donde haya personal trabajando, cuando se emplee ANFO u otros agentes de voladura, la

velocidad del aire no será menor de 25 metros por minuto. (EM, 2010)


Cuando la ventilación natural no sea capaz de cumplir con los antes señalados, deberá emplearse

ventilación mecánica, instalando ventiladores principales, secundarios o auxiliares según las

necesidades (EM, 2010)

El aire, al pasar por una mina sufre cambios en su composición, principalmente de

disminución de oxígeno. En minas poco profundas, el clima dentro de las minas, no presenta

mayores preocupaciones, pero cuando tienen profundidades superiores a 1.000 metros, éste es

un problema que debe ser atendido.

La acción de temperaturas elevadas sobre el personal, pueden incluso provocar la muerte.

1.4 FLUJO DE AIRE EN GALERÍAS O DUCTOS (LEY DE

ATKINSON)

Cuando el aire fluye a través de un ducto o galería minera, la presión requerida para mover el

aire a través de él depende no sólo de la fricción interna, sino también del tamaño, longitud,

forma del ducto, velocidad y densidad del aire.


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

“Ley de Atkinson”

Donde

P = Pérdida de presión [Pa]

K = Factor de fricción [Ns² / m4]

C = Perímetro [metros]

L = Longitud [m.]

V = Velocidad [m / seg.]

A = Área [ m² ]

A partir de esta ley, se pueden calcular K y la caída de presión estática.

En adelante, se usará la letra P para el cálculo de potencia y la caída de

presión(pérdida de presión) se pasará a llamar H.

Conocidos el Caudal (Q) y la Caída de Presión (H) a cierta densidad del aire (W), se

establece el punto operacional para el sistema.

1.5 VENTILACIÓN NATURAL La energía más barata y abundante en la naturaleza es el aire natural, que se utiliza en la

ventilación para minas subterráneas. Este aire se introduce por la bocamina principal de

ingreso, recorriendo el flujo del aire por la totalidad del circuito de ventilación, hasta la salida

del aire por la otra bocamina. Para que funcione la ventilación natural tiene que existir una

diferencia de alturas entre las bocaminas de entrada y salida. En realidad, más importante que

la profundidad de la mina es el intercambio termodinámico que se produce entre la superficie

y el interior. La energía térmica agregada al sistema se transforma a energía de presión,

susceptible de producir un flujo de aire (el aire caliente desplaza al aire frío produciendo

circulación). La ventilación natural es muy cambiante, depende de la época del año, incluso,

en algunos casos, de la noche y el día.


Dado que, la VENTILACIÓN NATURAL es un fenómeno de naturaleza inestable y

fluctuante, en ninguna faena subterránea moderna debe utilizarse como un medio único y

confiable para ventilar sus operaciones.

VENTILACIÓN Página 9

2 CAPITULO III

2.1 VENTILADORES MECANICOS Es la ventilación auxiliar o secundaria y son aquellos sistemas que, haciendo uso de

ductos y ventiladores auxiliares, ventilan áreas restringidas de las minas subterráneas,

empleando para ello los circuitos de alimentación de aire fresco y de evacuación del aire

viciado que le proporcione el sistema de ventilación general.

2.2 VENTILACIÓN AUXILIAR El objetivo de la ventilación auxiliar es mantener las galerías en desarrollo, con un

ambiente adecuado para el buen desempaño de hombres y maquinarias, esto es con un

nivel de contaminación ambiental bajo las concentraciones máximas permitidas, y con

una alimentación de aire fresco suficiente para cubrir los requerimientos de las

maquinarias utilizadas en el desarrollo y preparación de nuevas labores.

Por extensión, esta definición la aplicamos al laboreo de túneles desde la superficie, aún

cuando en estos casos no exista un sistema de ventilación general.

2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS VENTILADORES 1. Ventiladores Centrífugos

2. Ventiladores axiales

2.3.1 VENTILADORES CENTRIFUGOS En estos ventiladores, el aire entra por el canal de aspiración que se encuentra a lo largo

de su eje, cogido por la rotación de una rueda con alabes. Ofrece la más alta presión

estática y un flujo mediano. Su eficiencia varia entre 60% y 80%, pueden trabajar a altas

velocidades. Son ventiladores que pueden considerarse “quietos” si se observa su cueva

característica, produce menos ruido que las axiales, son rígidos, son más serviciales

pero mucho más costosos.


Figura Esquema de circulación del aire en un ventilador centrífugo.

2.3.2 VENTILADORES AXIALES

En este tipo de ventiladores, el aire ingresa a lo largo del eje del rotor y luego de pasar a

través de las aletas del impulsor o hélice es descargado en dirección axial. También se

les llama ventiladores de hélice. Ofrece el más alto flujo de aire, su eficiencia esta entre

70 y 80% y son capaces de trabajar a las velocidades más altas, presentan una gama

fuerte de inflexión e inestabilidad, producen los niveles mas altos de ruidos, son más

versátiles y son más baratos.

Figura: Ventiladores axiales


Los sistemas de ventilación auxiliar que pueden emplearse en el desarrollo de galerías

horizontales, utilizando ductos y ventiladores auxiliares son:

2.4 TIPOS DE TUBERÍAS Se distinguen dos tipos de tuberías:

a) Rígidas, que pueden ser de metal, madera o plástico.

b) Flexibles, que pueden ser de material textil o plástico.

Foto. Tubería rígida de acero galvanizado.

Foto Tubería flexible de lona.

Las principales características de las tuberías que deben considerarse de cara a su

selección son las siguientes:


1. Resistencia aerodinámica.

2. Coeficientes de fugas en las tuberías y las juntas.

3. Resistencia a la tracción, a la deformación, al agua y a los ácidos.

4. Peso por metro.

5. Comodidad de almacenamiento, reparación y montaje.

6. Incombustibilidad.

7. Conductibilidad eléctrica, que evite el almacenamiento de cargas estáticas.

De los esquemas de ventilación descritos, en el suplante (impelente) se pueden instalar

tuberías de cualquier tipo, mientras que en el aspirante, la rigidez de la tubería debe ser

tal que impida la deformación provocada por la diferencia de presión entre la galería y

el interior de la tubería.

2.5 VENTILACIÓN SOPLANTE En este esquema se instala una conducción a través de la cual circula el aire desde el

exterior hasta las cercanías del frente de avance. El tapón de humos, gases y polvo que

ocupa el fondo de la galería es removido por el aire fresco soplado por la tubería siendo

así diluido y empujado a lo largo de ella hasta su emboquille por donde es expulsado

al exterior.

Los principales parámetros que caracterizan a la instalación son los siguientes:

El caudal de aire soplado en el frente

La distancia del extremo de la tubería de ventilación al frente.

El diámetro de la tubería y la sección de la galería.

El chorro de aire que sale de la tubería de ventilación se va ensanchando y

disminuyendo de velocidad, a la vez que arrastra consigo una cierta cantidad del aire de

la galería con el cual se mezcla. Resulta de ello un barrido activo del aire hasta una

cierta distancia de la tubería, más allá de la cual, por el contrario, el movimiento del aire

se hace casi nulo. Si la distancia entre el extremo de la tubería y el frente es

suficientemente pequeña todo el fondo de la galería queda barrido por el chorro de aire;

si, por el contrario, la distancia es bastante grande, subsiste en el fondo de la galería una

zona donde el aire está casi inmóvil y la eliminación no se hace más que por di- fusión.

La distancia límite por encima de la cual el choque de aire no alcanza el frente es del

orden de 15 a 18 m cuando el caudal excede de 1 m3/s, y de 12a 15 m para un caudal de

aire comprendido entre 0,5 y 1 m3/s. Interesa hacer la distancia al frente lo más pequeña

posible, pero este límite vendrá dado por la necesidad de proteger las tuberías de las

proyecciones de la roca al disparar las voladuras. Por último, hay que indicar que el


chorro es tanto más largo, y por tanto el tiempo de purga más corto, cuanto menor sea el

diámetro de la tubería y más cerca esté el tubo de ventilación a las paredes de la galería.

Figura Esquema de ventilación soplante

Un problema que presenta el esquema de ventilación soplante es que el tapón de humos

que se forma en el frente tiene que desplazarse a lo largo de la galería hasta salir al

exterior, con lo que el personal que vuelve al trabajo tiene que atravesarlo.

2.6 VENTILACIÓN ASPIRANTE En este esquema de ventilación se aspira el aire que ocupa el frente de avance de la

galería mediante una tubería de ventilación.

De esta forma, el aire entra por la boca de la galería atravesando toda su sección, llega

hasta el frente de avance, mezclándose así con los distintos contaminantes que puedan

existir en la atmósfera. Un ventilador acoplado a la tubería hace que el aire del frente

entre en ésta y sea expulsado, por su otro extremo, al exterior de la galería.

La principal ventaja de este sistema estriba en que al ser los humos aspirados por a

tubería, se evita el desplazamiento de éstos a lo largo de la galería. Sin embargo, la


corriente de aire que procede del exterior y circula por la galería en dirección al

frente, converge muy rápidamente para introducirse en la tubería, de modo que, a una

pequeña distancia de la tubería en dirección al frente, del orden de dos metros,

desaparece todo movimiento sensible del aire, siendo por esto difícil la limpieza total de

la atmósfera.

Los humos situados antes del extremo de la tubería son arrastrados por la corriente de

aire que penetra en ella siendo su eliminación muy rápida.

La limpieza total del frente es casi imposible, salvo si la distancia al frente es muy

pequeña, del orden de algunos metros, o si se admite un tiempo de purga

excesivamente grande. La ventilación aspirante es prácticamente incapaz de limpiar el

frente y debe usarse en combinación con la soplante. Se usa sin combinar únicamente

para avances de túneles realizados con minadores y máquinas de corte provistos de

sistemas para evacuar el polvo.

2.7 VENTILACIÓN ASPIRANTE Y SOPLANTE SIMULTÁNEAS En este sistema de ventilación son necesarias dos tuberías, provista cada una de su

ventilador, pero la tubería soplante puede ser corta, y su ventilador poco potente. Basta

que la tubería soplante aspire el aire unos metros más atrás de la boca de la aspirante. El

papel de la tubería soplante es sólo homogeneizar el frente de avance. Al ser la tubería

muy corta (10 m, 20 m, a lo sumo 30 m) es posible que su diámetro sea muy pequeño y

se podrá llevar con facilidad muy cerca del frente. Se consigue un tiempo de purga muy

pequeño, incluso aunque el aire soplado sea muy poco.

Figura Esquema de ventilación aspirante y soplante simultáneas.

En las galerías con ventilación aspirante, dejar un grifo abierto del extremo de la

instalación de aire comprimido puede hacer la función de ventilación soplante.


Ventilación por aspiración e impulsión sucesivas (sistemas reversibles)

En este sistema de ventilación, empleando una sola tubería, se realiza primeramente una

fase de aspiración, en el transcurso de la cual se elimina la fracción de humos situada

cerca de la boca de aspiración. A continuación se sopla, por la misma tubería, de forma

que se pueda limpiar el espacio comprendido entre el extremo de la tubería y el frente,

desplazando el aire contaminado a la parte situada por detrás del extremo de la tubería,

para que pueda ser eliminado en la siguiente fase de aspiración. Se usa con ventiladores

reversibles y necesita de una tubería rígida o semirrígida. La duración total de la

limpieza del frente es superior a la que setiene en el caso de la ventilación soplante, pero

al producirse el desplazamiento del tapón de humos muy diluido, desaparece el riesgo

existente en aquél.

OBJETIVOS SOPLANTE ASPIRANTE-SOPLANTE

(Mixta)

ASPIRANTE

Facilidad de

instalación.

• Es de instalación

sencilla.

• Permite el empleo de

tuberías de lona, sin

armadura, de fácil

manejo.

• Es la más económica.

VENTAJA

• Es de instalación más

compleja.

• Requiere tuberías

rígidas, o si son de

lona, que esté armada

con espiral de acero.

• Más costosa.

INCONVENIENTE

Cuando se avanza la

galería con

EXPLOSIVOS, suele

utilizarse uno de los

otros dos esquemas,

para que el aire

llegue bien al frente.

Si la labor es

grisuosa, ello es,

además obligado

(ITC 05.0.03 ap.2).

El esquema

aspirante, se reduce

casi exclusivamente

al avance con

minadores y

máquinas de corte,

para evacuar más

rápidamente el

polvo.

Por estas razones, no

consideramos este

tema en la Guía de

Selección.

Temperatura en el

frente.

• El aire se conduce

muy rápido y llega al

frente más frío

VENTAJA

• El aire entra muy

lentamente y se

calienta antes de

llegar al frente.

INCONVENIENTE

POLVO,

GASES en el

FRENTE,

NIEBLAS.

• Todo el aire de la

instalación se dirige

al frente, creando en

él buenas

condiciones.

VENTAJA Si la tubería está bien

instalada

• En general, la

instalación

SOPLANTE del

frente sólo mueve

una fracción del aire.

• Si la instalación de

tuberías no es buena,

su corta longitud

garantiza siempre el

movimiento de aire

en el corte.

• En general:

INCONVENIENTE


GASES

de la

VOLADURA.

• Deben retornar por

galería, ocasionando

problemas al

personal

INCONVENIENTE sobre todo si el fondo

de saco es largo, pero

se evita realizando

una buena

instalación.

• Los gases retornan

por la tubería (salvo

la parte que pueda

recircular) evitando

que el personal tenga

que respirarlos

VENTAJA sobre todo si el fondo

de saco es largo y la

instalación no es

buena.

2.8 SELECCIÓN DE VENTILADORES: Para ventilar una mina se necesitan ciertas cantidades de flujo de aire, con una caída de

presión determinada, a cierta densidad del aire. Conocidas la caída y el caudal de la

mina (Punto de operación del sistema), existen casi un número infinito de ventiladores

en el mundo que satisfacen el punto operacional adecuado.

Se deberá especificar el punto de operación (Q vs. H Sist.) del ventilador requerido, a

fin de que los proveedores coticen la unidad ventiladora con la potencia de motor

eléctrico correspondiente, que satisfaga dicho punto. La especificación debe incluir

además, la altura geográfica en donde se instalará dicho equipo.

2.9 PUNTO DE OPERACIÓN DEL SISTEMA: Existen cientos de ventiladores que satisfacen cada Caída-Caudal característica.

Además, cada ventilador puede variar su velocidad (RPM), las paletas o el diámetro.

Todas estas características, esenciales para la selección del ventilador adecuado, pueden

ser obtenidas de los fabricantes.

Las curvas de funcionamiento vienen trazadas en función de las variables operacionales

principales: Caídas de Presión (H), Caudal (Q), Potencia (P) y Eficiencia (η) a densidad

de aire normal, que a nivel del mar es de [¨1.2 Kg. / m³] (W)

A una altura de 3.600 m.s.n.m. por ejemplo, la densidad del aire es de [0.866 Kg. / m³],

razón por la que la densidad debe corregirse por aquélla en donde se desempeñará la

unidad.

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

(caída estática, caída total, potencia al freno, eficiencia estática y eficiencia total).


Normalmente, se logra una ventilación efectiva cuando se emplean varios ventiladores

principales, los que se ubican de preferencia en las galerías principales de ventilación o

en piques en la superficie y se distribuyen de manera que la carga o caída de presión del

sistema esté dividido en forma equitativa entre los ventiladores.

2.9.1 Potencia del motor: La potencia que se debe instalar, con un factor de servicio de al menos 1.15, es mayor

que la Potencia a consumir

Las consideraciones que deben hacerse para calcular la potencia del motor son:

Q = Caudal de aire en m³/seg.

H = Depresión del circuito en Pa (presión estática en Pascales)

P = Potencia del motor en Kw.

η = Eficiencia del ventilador, la cual varía entre 70 a 85% (dependiendo de la

fabricación, tamaño y punto de trabajo).

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

es H, en Kw.

BHP = Potencia al freno del ventilador, en Kw.

DE = Eficiencia de la transmisión, la cual varía entre 90% para transmisión por poleas y

correas, y 100% para transmisión directa.

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

Como la Potencia del motor es directamente proporcional a la cantidad de aire y a la

pérdida de presión del circuito se tendrá que:

1) AHP = Q x H / 1000

2) BHP = Q x H / 1000 x η

3) P = Q x H / 1000 x η x DE x ME

La evaluación del sistema de ventilación

polvo respirable en la atmósfera de la mina

2.10 AIRE ATMOSFÉRICO DE LA MINA El aire atmosférico al ingresar a la mina sufre cambios en su composición. El N2 sube,

el O2 baja, aumenta el CO2 y también se produce aumento de vapor de agua.


Existe generación de gases y polvos que tambien se suman a esta nueva composición

aumenta su T , humedad y peso específico.

Causas:

Respiración de los hombres

Equipos de combustión interna

Voladuras e incendios (Explosivos nitrosos, ANFO)

Descomposición de sustancias ó materiales minerales y/o orgánicas.

Presencia de aguas estancadas.

Operaciones básicas de la explotación.

Talleres de soldadura y otros (humos notrosos)

AIRE EXHALADO POR LOS PULMONES

79 % Nitrógeno 79 % Nitrógeno

17 % Oxígeno 16 % Oxígeno

4 % Anhídrido

Carbónico

5 % Anhídrido

Carbónico

100 % Total 100% Total

Este aire exhalado, ya no es apto para la respiración normal porque el porcentaje de

oxigeno mínimo para respirar es de 19,5 % y el máximo permitido de CO2 es de 0,5 %

por lo que hay que proveerse de aire nuevo para que el CO2 no vaya creciendo y vaya

disminuyendo el O2 y la persona muera por asfixia, que es diferente del caso de

deficiencia de Oxigeno sin aumento de CO2 .

2.11 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES CONTAMINANTES

2.11.1 MATERIAL PARTICULADO Polvo


El polvo está compuesto por partículas sólidas de distintos tamaños, el cual está

presente en paredes, techo y piso de las labores mineras. Se produce por el desgaste de

material sólido de mayor tamaño por lo que existen polvos de distinta composición

química, dependiendo de su procedencia. Dependiendo de su tamaño, el polvo se puede

suspender en el aire, siendo por regla general que el polvo de menor peso es el que

permanece mayor tiempo suspendido en el aire.

Es importante hacer la distinción entre una partícula de polvo, y un conjunto de material

articulada.

Una partícula está caracterizada por las siguientes propiedades:

Tamaño

Composición

Forma

En cuanto al tamaño, en este trabajo se usará para todos los efectos, el diámetro

aerodinámico de partícula, el cual se define como el diámetro que tendría una esfera de

densidad de 1 g/cm3 para caer a la misma velocidad terminal que la partícula.

La composición define de que está hecha la partícula, pudiendo tener implicancias en

las reacciones químicas que podría tener esta, también se relaciona con la densidad,

característica importante, pues mientras menor densidad tenga una partícula, para un

mismo volumen, mayor tiempo estará suspendida en el aire.

La forma también es un concepto relevante, en general, las partículas esféricas tenderán

a caer más rápido que las partículas que tengan formas laminares, las cuales ofrecen

mayor resistencia en el aire, y permanecen suspendidas más tiempo.

En cuanto a los sistemas particulados, estas propiedades son tratadas de manera

estadística, el tamaño de las partículas es caracterizado por las curvas granulométricas,

la cual es una curva de distribución del tamaño de partícula.

Las partículas de menor tamaño tienden a permanecer suspendidas mayor tiempo en el

aire, específicamente, las partículas cuyo diámetro aerodinámico es menor a cinco

micrones, tiende a permanecer mucho tiempo suspendido en el aire. Debido a que este

polvo puede ser inhalado y a que su contenido de sílice al alojarse en los pulmones

causa silicosis, grave enfermedad que puede provocar la muerte e invalidez física.

Es importante determinar la composición general del polvo, pues la normativa es

variable dependiendo de la cantidad de sílice presente en él. Además, en el polvo

normalmente se encuentra material particulado producto de la combustión incompleta


del diesel, el cual puede ser controlado antes de ser emitido al ambiente, mediante la

colocación de un filtro en el tubo de escape del vehículo.

Gases de escape equipos diesel

Monóxido de carbono

El monóxido de carbono, a temperatura ambiente es un gas inodoro, incoloro,

inflamable y tóxico en altas concentraciones, en la actividad minera se produce

principalmente por el uso de combustibles diesel y por la tronadura, se mide por su

concentración en volumen en el aire. Hasta ahora no existe una manera efectiva de

removerlo del aire. El uso de catalizadores de oxidación diesel, contribuye a controlar

este contaminante antes de que sea emitido, pero su implementación aumenta la emisión

de sulfatos y sulfuros, además de transformar el monóxido de nitrógeno (NO) en

dióxido de nitrógeno (NO2) el cual es más peligroso para la salud. Otros mecanismos

de control, son el uso de motores con nuevas tecnologías de bajas emisiones, y el uso de

biodiesel (Schnakenberg, G. & Bugarsk, A., 2002).

En la práctica, para que este gas alcance concentraciones nocivas para la salud al

interior de la mina, se inyecta aire, diluyéndolo.

Óxidos de nitrógeno

Familia de gases compuestos principalmente por oxígeno y nitrógeno, los más

peligrosos son el monóxido y el dióxido de nitrógeno, gases tóxicos para el ser humano

en concentraciones menores que el monóxido de carbono. También son producto de la

combustión del diesel y de los gases generados en la tronadura. Tienden a reaccionar

rápidamente, por lo que de acuerdo a los casos estudiados de recirculación, mientras

más tiempo permanece en el aire, más baja su concentración.

Si bien las tecnologías que han mostrado reducciones en las emisiones de CO, también

han registrado reducciones en las emisiones de óxidos de nitrógeno, también es posible

que aumenten sus emisiones, por lo que en la práctica la única manera segura de

controlarlos es diluyéndolos con aire.

Aldehído fórmico

Es el compuesto químico más simple de la familia de los aldehídos, formado por

oxígeno, carbono e hidrógeno. A temperatura ambiente es un gas incoloro, muy

inflamable. A concentraciones superiores a 6 ppm en volumen provoca malestares como

irritación en los ojos y mucosidades. Sobre los 30 ppm, puede ser letal.


2.12 LEYES DEL VENTILADOR Se considera N = la velocidad de rotación del ventilador. La forma en que afecta al

volumen de aire movido, a la presión capaz de producir y a la energía absorbida

por el ventilador, constituyen las leyes de rendimiento básico de cualquier ventilador

Estas relaciones son:

Q ≈ N

H ≈ N²

P ≈ N³

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

consistentes. Su importancia radica en que si la resistencia del sistema contra el cual

está operando el ventilador no cambia, aunque aumentamos la velocidad del ventilador,

por ejemplo al doble:

Q1/Q2 = N1/N2 = ½ > Q2 = 2 x Q1 (El Caudal aumenta al doble)

H1/H2 = (N1/N2)² = ¼ > H2 = 4 x H1 (La Presión aumenta 4 veces)

P1/P2 = (N1/N2)³ = 1/8 > P2 = 8 x P1 (La Potencia aumenta 8 veces)

Esto indica que la decisión de aumentar la velocidad del ventilador tiene efectos

considerables en la energía requerida.

2.13 MEDIDAS DE SEGURIDAD


La ventilación es una de las instalaciones más importantes en cualquier obra

subterránea, ya que es la encargada de la evacuación del polvo y de los gases nocivos y

peligrosos y también tiene la función de hacer llegar a toda la obra el aire fresco

necesario. Es por ello que se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

Evitar la recirculación del aire.

Instalación de controles y aparatos de medición de la calidad del aire.

La ventilación de la galería o pozo en construcción debe ser tal que en cada área

de trabajo la dilución de los humos y gases debe estar por debajo de los lí- mites

peligrosos. La temperatura de estas zonas no debe sobrepasar los 27 °C.

Se debe realizar un mantenimiento eficaz de todas las instalaciones y de los

ventila dores.

Evitar codos y curvas, ya que es ahí donde se producen las mayores pérdidas de

carga.


La cantidad mínima de aire por persona debe ser de 3 m3 por minuto y 1 m3 por

kW de potencia para máquinas eléctricas y 6 m3 por kW para máquinas diesel.

La concentración promedio se determinará midiendo durante un periodo de seis (06)

meses en cada una de las áreas de trabajo. El contenido de polvo por metro cúbico de

aire existente en las labores de actividad minera debe ser puesto en conocimiento de los

trabajadores. (Geológicas)., 2011)

2.14 CIRCUITOS COMPLEJOS: Cuando la conexión entre las galerías se hace más complicada, no pudiendo reconocer

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

de cálculo más complejos que, generalmente, requieren ayuda de instrumentos y/o

computadores.

Software de equilibrio de redes de ventilación:

Una vez resuelto el caudal resultante, se puede realizar una simulación de la malla

definitiva del proyecto, imponiendo en la rama que representa la estocada en que se

instalará el ventilador principal, el caudal de aire de diseño y la presión estática del

punto. El trazado estará compuesto además por la vía principal de aire fresco y la

chimenea de extracción general conectada con la superficie.

Para imputar los datos de cada una de las ramas, se define una malla equivalente

tomando como soporte por ejemplo, el dibujo en AutoCad del circuito asociado al

Proyecto. Se carga el software con la malla real del circuito, asignando las cotas y

largos reales a cada tramo.


Para la simulación, se requieren los siguientes parámetros generales:

Densidad del aire : 1,2 Kg./ m³ (sin factor de corrección)

Eficiencia del Ventilador : 75% (por defecto)

Coeficientes de fricción : K

Para abordar las distintas situaciones a las que se verá enfrentada la explotación del

proyecto, se generan varios escenarios representativos. Cuando se desea evitar que el

caudal de aire aumente en demasía en una dirección, se deberá adecuar un regulador

cuya dimensión variará de acuerdo a cada escenario.

El escenario más desfavorable o de mayor resistencia debe sensibilizarse con los valores

del consumo de energía y de la construcción. Entre dos alternativas que presenten un

gasto combinado energético y de construcción similar, se preferirá aquélla que acepte

mayor caudal de aire, por si las condiciones de explotación de otro sector así lo

necesitan.

De acuerdo al resultado de esta simulación, que entrega como producto final el “punto

de operación del sistema” (ejemplo: Caudal Q = 1.600 m³/min. y Caída de presión

Ps = 127 mm. de columna de agua), se seleccionarán los ventiladores de la instalación.

3 CAPITULO III

3.1 VENTILACIÓN EN MINAS DE CARBÓN La inyección de aire fresco a una mina de carbón, debe estar ubicada y

construida de tal manera que no haya posibilidad alguna de ser afectada por

derrumbes y obstrucciones, o que las corrientes de aire puedan ser contaminadas

con polvo de carbón o humo en casos de incendio.

Las minas, sectores y frentes de explotación de carbón, deberán disponer de dos

galerías de ventilación. Por una de estas vías se introducirá el aire fresco

requerido y por la otra se extraerá el aire viciado. Estas vías se denominarán

principal y revuelta, respectivamente.


Los reguladores de ventilación no deben ubicarse en galerías de acceso o de

transporte. Los ductos de ventilación y los ventiladores, deberán poseer descarga

a tierra.

Las puertas principales de ventilación y sus marcos, deben ser construidos de

materiales incombustibles o resistentes al fuego y empotrados en la galería.

Tales puertas, serán dobles cuando constituyan la única separación entre los

flujos de aire principal de entrada y de retorno de la mina. Deben instalarse

convenientemente espaciadas para que durante su utilización, como el paso de

personas y/o materiales, a lo menos una de ellas permanezca cerrada. Así


también, la puerta que esté abierta, debe estar bien sujeta a la caja, de manera

que esta no se cierre por efecto de caudales de aire.

En las minas en que se haya comprobado la presencia de gases explosivos, estará

prohibido ventilar los “frentes” de explotación por medio de una inyección de

aire.

En las faenas de la minería del carbón se deberá contar con un barómetro

ubicado en un sitio apropiado en superficie, a fin de conocer la tendencia de la

concentración de metano en el interior, cuando la presión barométrica desciende.

En toda faena carbonífera subterránea, deberán efectuarse mediciones del

contenido de metano, después de cada disparo. Este control debe ser efectuado

por personal calificado. (Minería, 2009)

No serán considerados lugares aptos para la presencia de personas, los frentes de

trabajo, vías de acceso o de comunicación, si el aire contiene más de un 2% de

metano, en los frentes de arranque y más de un 0,75% de metano en las galerías

de retorno general del aire de la mina.


4 CONCLUCIONES La ventilación debe ser fundamental en toda mina, ya que es quien garantiza las

condiciones necesarias para un óptimo entorno en término de las condiciones

atmosféricas de la mina.

Es necesario establecer los requerimientos de aire para la explotación minera de acuerdo

al personal en la mina, la dilución de gases tanto metano propio de la explotación como

los generados por voladura y el control de polvo.

Se deben mantener las vías de ventilación bajo constante mantenimiento y libre de

obstáculos que puedan generarle resistencia al caudal de aire que circula en la mina.

5 RECOMENDACION Cero recirculaciones con rutas de entrada de aire limpio y evacuación de gases definidas

Generar un sistema de ventilación eficiente y económica. El programa por sí solo no

generara un sistema de ventilación eficiente; se necesita de la lógica y la experiencia del

ingeniero para generar dicho sistema.


6 ANEXOS

Figura Esquema de circulación del aire en un ventilador centrífugo.

Figura: Ventiladores axiales


Foto. Tubería rígida de acero galvanizado.

Foto Tubería flexible de lona


7 GRÁFICOS DEL TRABAJO

OBJETIVOS SOPLANTE ASPIRANTE-SOPLANTE

(Mixta)

ASPIRANTE

Facilidad de

instalación.

• Es de instalación

sencilla.

• Permite el empleo de

tuberías de lona, sin

armadura, de fácil

manejo.

• Es la más económica.

VENTAJA

• Es de instalación más

compleja.

• Requiere tuberías

rígidas, o si son de

lona, que esté armada

con espiral de acero.

• Más costosa.

INCONVENIENTE

Cuando se avanza la

galería con

EXPLOSIVOS, suele

utilizarse uno de los

otros dos esquemas,

para que el aire

llegue bien al frente.

Si la labor es

grisuosa, ello es,

además obligado

(ITC 05.0.03 ap.2).

El esquema

aspirante, se reduce

casi exclusivamente

al avance con

minadores y

máquinas de corte,

para evacuar más

rápidamente el

Temperatura en el

frente.

• El aire se conduce

muy rápido y llega al

frente más frío

VENTAJA

• El aire entra muy

lentamente y se

calienta antes de

llegar al frente.

INCONVENIENTE

POLVO,

GASES en el

FRENTE,

NIEBLAS.

• Todo el aire de la

instalación se dirige

al frente, creando en

él buenas

condiciones.

VENTAJA

• En general, la

instalación

SOPLANTE del

frente sólo mueve

una fracción del aire.

• Si la instalación de


Si la tubería está bien

instalada

tuberías no es buena,

su corta longitud

garantiza siempre el

movimiento de aire

en el corte.

• En general:

INCONVENIENTE

polvo.

Por estas razones, no

consideramos este

tema en la Guía de

Selección.

GASES

de la

VOLADURA.

• Deben retornar por

galería, ocasionando

problemas al

personal

INCONVENIENTE sobre todo si el fondo

de saco es largo, pero

se evita realizando

una buena

instalación.

• Los gases retornan

por la tubería (salvo

la parte que pueda

recircular) evitando

que el personal tenga

que respirarlos

VENTAJA sobre todo si el fondo

de saco es largo y la

instalación no es

buena.

8 Bibliografía

AGUIRRE ZARATE, H. (2013). TESIA DE VENTILACION MINERA. HUANCAVELICA.

EM, D. 0. (2010). REGLAMENTO DE SEGURIDAD MINERA 055.

Geológicas)., I. H. (2011). Manual técnico. 1.ª edición: Mayo, 2011.

Minería, S. N. (2009). OPERACIÓN PARA LA PEQUEÑA MINERÍA.

VENTILACION MINERA

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