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Universidad Nacional de Piura Facultad de ingeniería de minas Escuela de ingeniería de minas

Servicios Auxiliares Mineros “Cálculos de Ventilación Forzada” 4to semestre 7mo ciclo Julca Calle Omar Antony Taype Quintanilla Glicerio

Piura – Perú 2018

Índice 1. Introducción: 2. Ventilación forzada 2.1. Tipos de sistemas de ventilación auxiliar. 2.2. Aplicaciones de los tipos de sistemas de ventilación auxiliar 2.3. Descripción de ductos más utilizados. 2.3.1. Ductos metálicos 2.3.2. Ductos plásticos flexibles lisos 2.3.3. Ductos plásticos reforzados 2.3.4. Ventajas comparativas 2.4. Influencia del diámetro de la tubería en el gasto de energía 2.5. Importancia de las fugas de aire de la tubería 2.6. Instalaciones de ductos y defectos más frecuentes en sus tendidos y uniones. 3. Ventiladores auxiliares 4. Calculo de un sistema 4.1. Consideraciones de costos de ventilación 4.1.1. Generalidades. 4.1.2. Tipos de galerías v/s costo de operación. 4.1.3. Dimensiones 4.1.4. Carácter de la superficie (𝜶) 4.2. Forma 4.3. Longitud. 4.4. Pérdida por choque. 4.5. Caída dinámica. 5. Diseño económico de galerías. 5.1. Velocidades económicas. 5.2. Relación de la forma y característica con los costos totales de las galerías. 6. Calculo de una galería económica 6.1. Costo de capital 6.2. Costo de operación 6.3. Costo total 7. Circuito de ventilación 7.1. Medición de las variables y características aerodinámicas 7.1.1. Medición de la velocidad promedio 7.1.2. Medición de la sección transversal de la galería 7.1.3. Cálculo de caudal 7.2. Caudal de aire mínimos requeridos 7.2.1. Caudal de aire mínimo por trabajadores 7.2.2. Caudal de aire mínimo por explosivos 7.3. Climatología 7.3.1. Temperatura 7.3.2. Humedad 7.3.3. Densidad del aire 7.4. Plano de ventilación

7.5. Ventilador de mina 7.6. Equipos de medición 7.7. Control de labores antiguas 7.8. Puntos de aforo 7.9. Dispositivos de ventilación 7.10. Tableros de medición 7.11. Capacitación ventilación 7.12. Concentración de gases: 7.12.1. Monóxido de carbono (co) 7.12.2. Dióxido de carbono (co2) 7.12.3. Ácido sulfhídrico (h2s) 7.12.4. Anhídrido sulfuroso (so2) 7.12.5. Gases nitrosos (no y no2) 7.13. Sistema de monitoreo continuo 7.14. Concentraciones de polvo en el aire 8. Cálculo de resistencias 8.1. Medición de la resistencia aerodinámica 8.2. Caracterización de ventiladores 8.2.1. Presión 8.2.2. Caudal 8.2.3. Instrumentos utilizados para la medición de la presión 8.2.4. Procedimiento de medición 9. Caso práctico 9.1. Cálculo teórico de caudales requeridos: 9.1.1. Calculo de caudal por personal en la mina 9.1.2. En función de los gases producidos por voladuras. 9.1.3. En función de la maquinaria diésel. 9.2. Calculo de presiones en circuitos complejos: 9.2.1. Software de equilibrio de redes de ventilación: 9.2.2. Ejemplo práctico 9.3. Planos y circuitos de ventilación. 10. Conclusiones 11. Bibliografía

1. Introducción: La ventilación es la remoción sistemática de aire y gases calientes de una estructura, seguida por la sustitución de un abastecimiento de aire más fresco. Cuando se habla de ventilación nos encontramos con una serie de ventajas como facilitar las operaciones de rescate, reducir los daños a los bienes, entre otros. Entre los tipos de ventilación tenemos la Ventilación Natural, la cual consiste en una abertura para la transición de aire entre las atmósferas interiores y exteriores. La Ventilación Hidráulica: Usando la aplicación de agua en forma de neblina y la expansión del agua cuando se convierte en vapor para desplazar las atmósferas contaminadas. Y la que a continuación se estudiara la Ventilación forzada que consiste en inyectar o extraer aire por medios mecánicos.

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2. Ventilación forzada Es un sistema que permite el intercambio de aire con el exterior de manera mecánica. Se realiza mediante la creación artificial de depresiones o sobre presiones en conductos de distribución de aire o áreas del edificio. Éstas pueden crearse mediante extractores, ventiladores, unidades de tratamiento de aire y otros elementos accionados mecánicamente. Como ventilación auxiliar se define aquellos sistemas que, haciendo uso de ductos y ventiladores auxiliares, ventilan áreas restringidas de las minas subterráneas, empleando para ello circuitos de alimentación de aire fresco y de evacuación del aire viciado que le proporcione el sistema de ventilación general. Por extensión, esta definición la aplicamos al laboreo de túneles desde la superficie, aun cuando en estos casos no exista un sistema de ventilación general. El objetivo de la ventilación auxiliar es mantener las galerías en desarrollo, con un ambiente adecuado para el buen desempeño de hombres y máquinas, 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 personas y de las máquinas utilizadas en el laboreo. Una ventilación auxiliar eficaz de los desarrollos de galerías no sólo proporciona un ambiente más sano y confortable para los trabajadores, sino que además permite obtener mejores rendimientos y velocidad de avance al acortar los onerosos tiempos de espera para la evacuación de los gases de disparos, y al mejorar la productividad de los hombres y equipos, la visibilidad, la seguridad y otros efectos beneficiosos que se traducen finalmente en una rebaja en los costos de los desarrollos y en el término de los mismos dentro de los plazos establecidos.

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2.1.

Tipos de sistemas de ventilación auxiliar.

Dos son los tipos de sistemas de ventilación auxiliar que pueden emplearse en el desarrollo de galerías horizontales, utilizando ductos y ventiladores auxiliares. 

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



Sistema aspirante: El aire fresco ingresa a la frente por la galería y el contaminado es extraído por la tubería.



Un tercer sistema es el combinado, aspirante-impelente, que emplea dos tendidos de tubería. una para extraer aire y el segundo para impulsar aire limpio a la frente en avance. Este sistema reúne las ventajas de los dos tipos básicos en cuanto a mantener la galería y la frente en desarrollo con una renovación constante de aire limpio y en la velocidad de la extracción de los gases de disparos, con la desventaja de su mayor costo de instalación y manutención.

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2.2.

Aplicaciones de los tipos de sistemas de ventilación auxiliar

Para galerías horizontales de poca longitud y sección (menores a 400 m. y 4*3 m2 de área), lo conveniente es usar un sistema impelente de mediana o baja capacidad, dependiendo del equipo a utilizar en el desarrollo y de la localización de la alimentación y evacuación del aire del circuito general de ventilación de la zona. Para galerías de mayor sección y con una longitud sobre 400 m, el uso de un sistema aspirante o combinado es más recomendable para mantener las galerías limpias y con buena visibilidad para el tráfico vehicular, sobre todo si éste es Diésel. Para ventilar desarrollos de túneles desde la superficie, es el sistema aspirante el preferido para su ventilación, aun cuando se requiere elementos auxiliares para remover el aire en la zona muerta comprendida entre la frente y el extremo de la tubería de aspiración. La aplicación de sistemas auxiliares para desarrollar galerías verticales está limitada a su empleo para ventilar la galería donde se inicia el desarrollo de la chimenea o pique, dado que la destrucción de los tendidos de ductos dentro de la labor vertical por la caída de la roca en los disparos es inevitable (en su reemplazo, en muchos casos, se utiliza el aire comprimido). El uso de sistemas combinados, aspirante-impelentes, para ventilar los desarrollos de piques verticales también son de aplicación práctica cuando éstos se practican en descenso y el producto de los disparos es extraído por baldes. En estos casos, el uso de un tendido de mangas que haga llegar aire fresco al fondo del pique en avance es imprescindible para refrescar el ambiente. Independiente del tipo de sistema auxiliar que más convenga, la alimentación de aire fresco y evacuación final del contaminado debe ser estudiada con detenimiento en cada caso particular, para evitar recirculación de aires viciados de efectos acumulativos para el sistema y/o contaminación indeseada de otras áreas de la mina. En varios casos, la selección del tipo de sistema auxiliar ya está limitado y definido por la particular situación del sistema de ventilación general, al cual hay que conectarse dando lugar a una sola alternativa. Caso típico de esta situación es el desarrollo de galerías a partir de socavones principales que no conviene contaminar. En este caso la extracción por tuberías del sistema aspirante con descarga al circuito de retorno de aire general más cercano, es lo único aceptable aún para desarrollos de longitudes menores a 300 m.

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2.3.

Descripción de ductos más utilizados.

De la variedad de tipos de tubería existente en el mercado, aplicables a la ventilación subterránea, se destacan los siguientes: 2.3.1. Ductos metálicos Fabricados con planchas de fierro entre 1 a 4 mm de espesor de construcción en espiral y largos variables de 10 a 3 m, dependiendo de su diámetro son aptos para ser usados en sistemas de longitud, por sus ventajas de bajo coeficiente de roce, excelente hermetismo en uniones (si se toma la precaución de utilizarlos con flanges apernados) y bajo costo de manutención. Las desventajas derivan de su peso y rigidez que dificultan y encarecen su instalación y retiro final de la faena. Su costo por metro, si se dispone de una máquina que lo fabrique en la boca de la mina, es similar al ducto plástico reforzado con anillos de acero para ventilación aspirante. En caso contrario, el costo adicional de transporte de los ductos de bajo peso pero voluminoso encarece el costo unitario en un 30 a 40%. Para túneles de secciones superiores a las 4 * 4 m2 desarrollados desde la superficie y con la longitud mayor a los 800 metros, el ducto metálico supera en ventajas prácticas a los flexibles, aun considerando su mayor costo inicial que se recupera con su eficiencia, menor potencia requerida y menor manutención del tendido. 2.3.2. Ductos plásticos flexibles lisos Estos ductos confeccionados en PVC con tejidos sintéticos de alta resistencia se proporcionan en tiras de largo y diámetro a pedido para su uso en sistemas impelentes de ventilación, provisto de anillos de acero en sus extremos para ser conectados entre sí con o sin uso de collarines de unión. Su aplicación en sistemas impelentes para desarrollos horizontales ha desplazado los tendidos de ductos metálicos por las ventajas derivadas de su menor peso y flexibilidad, lo que facilita su almacenamiento, transporte e instalación con un costo muy inferior al metálico. Sus diámetros standard varían de 300 a 1.200 mm y el largo de sus tiras de 5 a 30 o más metros. 2.3.3. Ductos plásticos reforzados Estos ductos confeccionados en el mismo material que el anterior se refuerzan con una espiral de anillos de acero con un paso de 150 mm o de 75 mm para su uso en sistemas de ventilación aspirante con diámetros que van de 250 mm a 1.200 mm y tiras de 5 o de 10 m de largo. Para unirlos entre sí se requiere el uso de collarines de unión y vienen provistos de ganchos de sujeción. Su aplicación principal es para la extracción de aire, pero igualmente pueden usarse en sistemas [Fecha]

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impelentes, siempre que no sea posible utilizar el tipo liso, ya que esta manga es más resistiva y de mayor costo que el tipo liso. 2.3.4. Ventajas comparativas ITEM

METALICOS

FLEXIBLE REFORZADO

FLEXIBLE LISO

APLICACION

Aspirante

Aspirante

Solo Impelente

Impelente

Impelente

Alto costo

Mediano costo

Bajo costo

(Voluminoso)

(paquetes)

(plegados)

TRANSPORTE

INSTALACION

Difícil lenta y Regular rápida riesgosa

MANTENCION

Reducida

TIPO DE UNION

Collarín, flange

Regular y

Requiere buena

permanente

manutención

Collarín unión rápida

apernado

Fácil y rápida

de Collarín por tipo entre tiras

tensión

Cáncamo, y Cáncamo, cable guía y cable guía gancho suspensión gancho suspensión

ACCESORIOS

Cáncamos alambres

FUGAS

Bajísima

Regular a alta en uniones y por rotura

RESISTENCIA

Baja

Alta

Baja



0,0002

0,00055

0,0003

1.200mm.c.a.

250mm.c.a.

650 mm. c. a.

y

MAXIMA "H" RECOMENDADO

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2.4.

INFLUENCIA DEL DIAMETRO DE LA DUCTERIA EN EL GASTO DE ENERGIA

La determinación del diámetro óptimo de la tubería para sistemas de ventilación tiene gran importancia en el diseño por su gran influencia en el costo de ventiladores y energía necesaria. En efecto, usando la ecuación general de la ventilación de minas, tenemos: 𝐻 = 𝑅 ∗ 𝑄2 𝑅 = 𝛼 ∗ 𝐿 ∗ 𝑃/𝐴3 En el caso de un ducto circular: 𝑃 =𝜋∗∅;𝐴= 𝜋∗

∅2 4

Donde: ∅ = diámetro en metros. Reemplazando: 𝐻=

6,48 ∗ 𝛼 ∗ 𝐿 ∗ 𝑄2 ∅5

A medida que aumenta el diámetro del ducto, bajará en forma considerable, la caída de presión del sistema. Considerando que: 𝑃𝑜𝑡 =

2.5.

𝐻∗𝑄 ; 𝐻𝑃 75 ∗ 

IMPORTANCIA DE LAS FUGAS DE AIRE DE LA DUCTERIA

Todos los tendidos de tubería de los sistemas auxiliares presentan fugas de aire a lo largo del tendido, a través de las uniones entre las tiras, uniones al ventilador y por roturas. Las sumas de estas fugas de aire representan a veces cifras que superan el 90% del caudal impulsado por él o los ventiladores del sistema, con las consecuencias fáciles de imaginar para la efectividad de la ventilación del desarrollo en la frente. Valores de % de fugas consideradas aceptables para tendidos de ductos plásticos fluctúan entre 30 a 40% de la capacidad del ventilador auxiliar. Estos rangos son más bajos para tendidos de ductos metálicos que normalmente sufren pocas roturas durante su servicio, estimándose aceptables valores entre 20 a 30% para tiras unidas con bridas ajustables y menores al 10% para ductos provistos de flanges apernados con empaquetaduras de goma. Considerando que el caudal de aire necesario para ventilar un desarrollo se define como impulsado o extraído de la misma frente en avance, lo que es el extremo de la tubería. Es obvio que el porcentaje de caudal de fugas producido a lo largo del tendido debe ser considerado al seleccionar la capacidad del ventilador auxiliar, de manera tal que:

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𝑄𝑉𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑜𝑟 = 𝑄𝑅𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 𝐹𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 + 𝑄𝐹𝑢𝑔𝑎𝑠 𝐸𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑎𝑠 Para el cálculo de caudales de fugas existen nomogramas y fórmulas basadas en experiencias de laboratorio, que por las diferentes aplicaciones y tipos de tubería usadas no tienen una aplicación generalizada. Para efectos prácticos, mediciones efectuadas a los sistemas en operación, proporcionan porcentajes de fugas más reales a considerar para los futuros diseños dentro de la misma faena. 2.6.

INSTALACIONES DE DUCTOS Y DEFECTOS MÁS FRECUENTES EN SUS TENDIDOS Y UNIONES.

En la instalación de los tendidos de ductos, las recomendaciones son de evitar al máximo el empleo de codos abruptos, quiebres o cambios de diámetro en el mismo tendido y de obtener un alineamiento lo más recto posible dentro de la galería. Todo esto con vista a reducir las pérdidas de caída de presión por choques y cambios bruscos del flujo de aire. Los defectos más frecuentes en los tendidos de ductos metálicos son las faltas de alineamiento y las fallas de las uniones por bridas, reemplazadas por materiales inadecuados poco herméticos (como sacos de yute amarrados con alambres). Esto es evitable si se utilizan tiras con flanges apernados. En tendidos de ductos plásticos el no uso de un cable de acero tensado para colgar y mantener alineadas las tiras es el defecto más frecuente de instalación que provoca indeseados bloqueos por dobleces, estrechamientos de áreas y maltrato de los ductos por equipos en movimiento, con las consiguientes deformaciones y roturas. Las uniones entre tiras plásticas tipo brida ajustable, frecuentemente se reemplazan erróneamente por amarras de alambre, incrementando fuertemente las fugas de aire por este concepto. Si el tendido requiere de piezas metálicas para bifurcaciones, es común encontrar defectos apreciables en cuanto a ángulos de salida, diferencias excesivas de diámetros y filtraciones en las uniones a los ductos. Para un mejor funcionamiento, vale la pena costear las fabricaciones de estas piezas sobre la base de un diseño adecuado. En la unión del tendido al o los ventiladores del sistema, el defecto más frecuente es acoplar directamente el ducto y hermetizar esta unión defectuosa con cualquier material disponible. Siempre el diámetro del ventilador debe ser similar al del ducto, ya que las pérdidas por cambio brusco de velocidad y turbulencias en este punto son apreciables y deben evitarse con la utilización de piezas metálicas diseñadas y fabricadas para el objeto.

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3. VENTILADORES AUXILIARES Como ya se dijo, en ventilación auxiliar prácticamente se usa solamente el ventilador axial, por su facilidad de instalación donde el ventilador se confunde con el ducto, acusando su presencia solamente por su ruido de funcionamiento. 

Ventiladores en serie En esta aplicación teóricamente la curva de operación de dos ventiladores puestos en serie mantiene sus caudales y suman sus presiones. En la práctica las presiones no doblan sus valores en caso de unidades idénticas, ya que siempre hay pérdidas por turbulencias por diferencias en el ángulo de calajes de sus paletas, entre otras causas. Con excepción a esta consideración, se tienen los ventiladores axiales, contra-rotatorios que obtienen una ganancia extra de presión por su especial modo de funcionamiento. Como regla general, los ventiladores axiales no diseñados para operar en contra-rotación y los vane-axiales con paletas guías deben ser separados por un ducto de un largo superior a 10 veces su diámetro, cuando se les instala en serie para incrementar sus respectivas eficiencias y obtener una curva final de operación lo más cercana posible a la teórica. El uso de ventiladores en serie es la aplicación más comúnmente utilizada en sistemas de ventilación auxiliar, tanto en grupos de unidades como en unidades separadas a lo largo del tendido de tubería.



Ventiladores en paralelo Cuando se desea mayor caudal en una ventilación de desarrollo sin que se disponga de ventiladores con suficiente capacidad, es factible la instalación de dos unidades de menor caudal en paralelo, consiguiéndose la suma de sus caudales. La curva final teórica de operación de dos ventiladores similares, operando en paralelo, se obtiene sumando sus caudales y manteniendo los valores de presión estáticas. Esta curva en la práctica también es más baja por las mismas razones de pérdidas de presión por turbulencias y diferencias en el ángulo de calaje entre unidades y la calidad de su instalación.



Defectos más frecuentes en la instalación de ventiladores axiales Las anomalías más comunes que se observan en la instalación de ventiladores axiales y que afectan sus funciones son:

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













El no uso de cono de entrada en instalaciones de ventiladores impelentes. Estas piezas, generalmente de aluminio se deforman con los golpes y se pierden con facilidad. El no uso de rejilla de protección en el cono de entrada, que deja expuesto el rotor al riesgo de destrucción por el ingreso de cuerpos extraños. Conexiones directas de ductos plásticos a los ventiladores producen estrechamientos de sección en la admisión, con la consiguiente pérdida de presión estática, además de las fugas de aire por las junturas. La instalación de codos en la descarga de los ventiladores con radios menores a 0.5.f produce una alta resistencia al paso de aire. El uso de piezas de reducción de f en la descarga directa en los ventiladores tubo-axiales produce altas pérdidas por estrechamiento (40%) si el ángulo de la reducción es mayor a 30. El montaje de un ventilador aspirante con descarga sin cono o ducto que reduzca la velocidad de salida es una pérdida importante de energía que fácilmente puede evitarse con la instalación de un ducto de descarga de un largo mínimo de 2 veces el diámetro del ventilador, o de un cono de descarga.

Ventajas del ventilador axial El ventilador axial presenta grandes ventajas, respecto al centrífugo, en la ventilación auxiliar:  Su forma cilíndrica lo asemejan a los ductos, facilitando su colocación en los sistemas auxiliares; 

El motor incluido en el interior del cilindro facilita su refrigeración y colocación;



Su forma cilíndrica también facilita su traslado y manejo.

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4. CALCULO DE UN SISTEMA Dentro de un cilindro el aire se mueve según: 𝑅 ∗ 𝑄2 Habíamos deducido, en el caso de un ducto cilíndrico: 𝐻=

6,48 ∗ 𝛼 ∗ 𝐿 ∗ 𝑄2 ∅5

Si 𝜃 es igual a "6,48 * 𝛼" y si se considera a "L = 1 m.": 𝐻=

𝜃 ∗ 𝑄2 ∅5

Obtenemos la caída de presión de un metro lineal de ducto. VALORES DE  PARA DISTINTOS DUCTOS TIPOS DE DUCTO  * 10-5 Rígidas de plástico 180 Metálicas lisas 205 De contratapas 220 Metálicas oxidadas y 260 deformes

 * 10-5 28 32 34 40

Veamos algunos valores de resistencia para distintos diámetros (∅), dadas en murgue (𝜇) y para un largo igual a un metro. DUCTOS Rígidos, en material plástico

DIAMETRO (); mm. 300 400 500 743 175 57.5

600 23.3

800 5.5

Metálicos nuevos

845

200

65.5

26.5

6.3

Manga de contraplaca

905

215

70.5

28.5

6.7

Metálico oxidado y 1.070 deformado De tela plástica bien tensa 865

254

83

33.5

7.9

205

67

27

6.4

De tela plástica no tensa

254

83

33.5

7.9

1.070

Con estos antecedentes será posible calcular la caída de presión del sistema la cual será igual a la suma de las caídas de presión del ducto más la de la galería. Esta última caída de presión, generalmente resulta ser insignificante al lado de la primera.

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El caso que a nosotros nos interesa, la ventilación de galerías en desarrollo, nos presenta una complicación extra, la cual tiene que ver con el aumento de la caída de presión del sistema a medida que se van colocando más ductos, mientras se avanza en el desarrollo de ella. Esta situación hace que se tenga que ir colocando ventiladores en serie. Ideal para este cálculo es el uso de un sistema gráfico, como se muestra en la figura que se coloca a continuación. Junto al cálculo gráfico se ha incluido un ábaco tipo donde se puede encontrar la caída de presión por metro lineal según distintos diámetros y caudales, para un ducto y un peso específico determinado. Estos ábacos son entregados por los fabricantes de ductos y son propios de cada uno, dependiendo de la fabricación de ellos.

Se ha determinado el rango donde se desea que se mueva el caudal, conforme a las necesidades del desarrollo. Este desarrollo significa correr 800 metros de galería. Tal como se muestra en la figura, según las características del ventilador elegido y las caídas de presión del ducto más la galería, se necesitan tres (3) ventiladores en serie para mantener dentro de la galería en desarrollo ventilada adecuadamente. El primer ventilador funcionará hasta que el desarrollo sea, aproximadamente de 570 metros, en ese punto se conectará el segundo ventilador y el tercer ventilador deberá conectarse cuando se tenga un desarrollo de 650 metros. Matemáticamente se podrá determinar los momentos donde se debe conectar el ventilador que sigue, conociendo la fórmula de la curva del ventilador: Si curva del ventilador es igual a: 𝑝 = 𝑎𝑄 2 + 𝑏𝑄 + 𝑐

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Tenemos que: 𝐻 = 𝛼∗𝐿∗𝑃∗

𝑄2 𝜃 + ( 5 ) ∗ (𝐿 − 15) ∗ 𝑄 2 3 𝐴 ∅

Se ha considerado que el ducto está a una distancia de 15 metros de la frente. Para que el sistema funciones se cumple que H = p, o sea: 𝛼∗𝐿∗𝑃∗

𝑄2 𝜃 + ( 5 ) ∗ (𝐿 − 15) ∗ 𝑄 2 = 𝑎𝑄 2 + 𝑏𝑄 + 𝑐 3 𝐴 ∅

Haciendo valer Q = al caudal menor aceptable, se despeja "L" y se calcula el largo del túnel donde el ventilador deberá ser conectado a otro en serie. Enseguida, determinando la fórmula de los dos ventiladores en serie, se calcula el segundo largo. Y así sucesivamente. En la página que sigue se muestra un monograma donde al entrar con el caudal requerido y sabiendo el diámetro del ducto, se determina la pérdida de presión de él por cada 100 metros de largo. En este caso, se trata de un ducto de P.V.C. duro.

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4.1.

CONSIDERACIONES DE COSTOS DE VENTILACION

4.1.1. GENERALIDADES. Como en todo proyecto, en el caso de un sistema de ventilación de minas, debemos considerar los siguientes costos:  

Costo de Inversión, de Capital o Fijos; Costos de Operación o Variables;

Los primeros incluyen, lógicamente, los intereses a pagar por el capital (amortización) como también incluye los impuestos y seguros, si los hubiese. El costo de operación, en nuestro caso tiene que ver, principalmente, con el consumo de energía por los ventiladores del sistema y, en un grado mucho menos, con la mantención tanto de los ventiladores como de las galerías de ventilación. El estudio, entonces, de estos dos costos, considerando además las ventajas de operación mínima del sistema proyectado, deberán decidir el sistema de ventilación más conveniente. A continuación se hará un análisis de cada uno de los parámetros que hemos estudiado en ventilación, bajo el punto de vista económico.

4.1.2. TIPOS DE GALERIAS V/S COSTO DE OPERACION. Sabemos que la potencia consumida es directamente proporcional al cubo del caudal. Bajo este punto de vista, entonces, el cálculo del caudal de aire debe ser el preciso y el cuidado de él dentro del circuito, tiene que ser estricto. La determinar un exceso de caudal (por ej. para compensar las fugas) es un lujo costoso que el sistema no requiere y no puede costeárselo. La variación cúbica de la potencia con el caudal debe ser bien meditada. Recordemos que: 𝑄2

𝐻 = 𝛼 ∗ 𝐿 ∗ 𝑃 ∗ 𝐴3 ; mm de c.a. o 𝐾𝑔/𝑚2 La influencia de las características de una galería sobre las pérdidas de carga, y los requerimientos de energía, pueden ser deducidos de esta ecuación. Cuando "Q" es constante, si se quiere reducir "H" para una galería dada, se debe reducir , P, L, o bien aumentar A.

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4.1.3. Dimensiones La variable más simple que afecta a la pérdida de carga es el tamaño de la galería. El área y el perímetro aparecen en la ecuación de "H"; por esto la relación se expresa (para simplificar, supongamos una sección circular). 𝑃 1 𝐻~ ~ 5 𝐴 ∅ Resulta que "H" es una función simple, exponencial de la dimensión , por lo cual un ligero aumento de las dimensiones resulta en una fuerte disminución de la pérdida de carga. Esto puede lograrse abriendo galerías más amplias o proveyendo más aberturas (utilizando el principio del flujo paralelo). Al comparar galerías de forma similar, la H varía inversamente con el rea elevada a cinco medios, puesto que el rea es proporcional al cuadrado de cualquiera dimensión. 4.1.4. Carácter de la superficie (𝜶) La irregularidad o aspereza de la superficie rozante de una galería, reflejada en el factor de fricción, puede afectar a la pérdida de carga en el rango de 1 a 10. La pérdida de carga varía directamente con el factor de fricción y una reducción en la aspereza, obstrucciones o sinuosidad, rebajar " " y producir una rebaja paralela en "H". Por el solo hecho de limpiar una galería se lograrán altos dividendo. El revestimiento suave de una galería es recomendable, aún cuando implica una ligera reducción en el área, la que es más compensada por la disminución en el factor fricción. El revestimiento puede hacerse con madera, concreto, (shotcret) o poliuretano aplicado con aire. En una galería existente por lo cual pasa una cantidad de aire insuficiente, aumentar el flujo al disminuir " ", puesto que para una pérdida de carga constante, 𝑄=

1 √𝛼

El contraste entre galerías ásperas y suaves puede destacarse comparando los tamaños relativos de galerías cuadradas de diferentes características superficiales, necesarias para pasar una cantidad de aire, con los mismos requisitos de caída y potencia.

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CARACTERISTICAS GALERIAS

4.2.

DE

AREA RELATIVA

Revestimiento suave

1,00

Roca sedimentaria Enmaderada Roca ¡genea desnuda

1,55 1,90 2,24

Forma

El efecto de la forma de la galería en la pérdida de presión, se refleja en el radio hidráulico, RH = A/P , de lo cual: 𝐻=

1 𝑅ℎ

Para una velocidad constante de flujo. La forma que proporciona el máximo radio hidráulico, o el mínimo de perímetro (superficie rozante) es el círculo. La tendencia hacia la excavación por medio de máquina sondeadoras de gran diámetro (escareadores) que hacen piques y chimeneas de sección circular tiene un efecto ventajoso en la reducción del costo de ventilación, no solo por dejar la superficie suave, con un bajo coeficiente de resistencia aerodinámica, si no que también por desarrollar las galerías en forma circular. La lista siguiente compara las pérdidas relativas de carga para galerías de varias formas con rea constante. FORMA DE LA GALERIA

PERDIDA DE CARGA RELATIVA

Circular Octágono Cuadrada Rectángulo (1:2) Rectángulo (1:4)

1,00 1,02 1,13 1,20 1,40

No siempre es posible usar las secciones circulares, ya que las rectangulares son convenientes para ubicar rieles, cañerías, cables, etc. 4.3.

Longitud.

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

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4.4.

Pérdida por choque.

Siempre deben investigarse las posibles fuentes de estas pérdidas cuando se trata de reducir los requerimientos de presión y potencia de un sistema. Pueden reducirse pérdidas debidas a codo o cambios de áreas, enderezando las galerías, instalando platinas guías en los codos próximos al ventilador y haciendo los cambios de área más redondeados y graduales. 4.5.

Caída dinámica.

Aunque no constituye una pérdida de carga, la caída dinámica representa una pérdida para el sistema en la descarga. En un sistema soplante o booster, "Hv" puede reducirse, ampliando el área de la galería gradualmente, justo antes de la descarga. En sistema aspirante, es conveniente agregar al ventilador un ducto de conversión. 5. DISEÑO ECONOMICO DE GALERIAS. La mayor oportunidad de ahorrar en la instalación y operación de sistema de ventilación está en el diseño de las galerías. El factor decisivo para la selección de galerías es el costo total. Mientras que una galería ancha, revestida, circular es ideal para reducir los requisitos de presión y potencia y por tanto los costos operativos, puede ser costoso desde el punto de vista de la inversión de capital. Estos dos costos varían inversamente uno con el otro y por esto el mínimo costo total debe ser buscado en el diseño de las galerías. 5.1.

Velocidades económicas.

Rangos aproximados, para servir de guías en un diseño preliminar: GALERIA No revestida Enmaderada Revestida suave

RANGO DE VELOCIDAD ECONOMICA (m/min.) 180 - 305 305 - 457 610 - 762

La velocidad sobre 600 m/min. (10 m/seg) se considera antieconómica e indeseables en todas partes, excepto en galerías principales. Costos Relativos de distintas Galerías. Tal como se dijo más arriba, se ha hecho un estudio que pretende comparar distintos tipos de galerías, bajo el punto de vista económico, formando la tabla que se presenta a continuación. Se debe tener presente que esta comparación se ha hecho según los datos que se señalan enseguida y que esto debe ser analizado cuando se quiera hacer uso de ella. La comparación se ha efectuado considerando los siguientes parámetros:

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Eficiencia Vent.  Costo energía Ce Costo desarrollo Cd Caudal de aire Q TIPODEGALERIA

=

60%

= = =

US $ 100 / HP-año US $ 10 / m3 47,2 m3/seg

a*10- AREA(m2) VEL.AIRE(m/seg.) 5

Circular revestida Rectang. revestida Circular revestida Rectang. revestida Circular Rectangular 5.2.

COSTO RELATIVO

no

ROCA SEDIMENTARIA 113 6,9 6,8

1,00

no

113

6,6

1,04

5,2

1,30

5,1

1,35

14,6 14,6

2,25 2,25

no

283

no

283

38 38

7,2 ROCA IGNEA 9,0 9,3 CONCRETADA 3,2 3,2

Relación de la forma y característica con los costos totales de las galerías.

No se han hecho muchos cálculos para determinar la mejor forma o tipo de revestimiento de una galería dada, puesto que el método de explotación y las condiciones naturales imponen limitaciones. En general se puede decir que una galería revestida cuesta más del doble que desnuda y que las galerías circulares son ligeramente más baratas que las rectangulares de igual área. El costo de vestir una galería elevará el costo de capital más de lo que rebaja el costo de operación y por esto generalmente son anti-económicas. 6. CALCULO DE UNA GALERIA ECONOMICA Tal como se dijo al comienzo de este capítulo, en materia de costos, cuando se debe decidir el tamaño a desarrollar de una galería, se presentan dos tipos:  

Costos Fijos Costos Variables.

Analicemos la construcción de una galería que va a ser usada sólo para ventilación, pensemos en la galería de inyección de aire desde superficie. El costo fijo o de capital tiene relación con el desarrollo de esta galería el cual será mayor a medida que el área sea más grande.

[Fecha]

21

El costo variable o de operación, sin embargo, aumentará en la medida que tengamos que hacer pasar el caudal de aire por una galería más pequeña. De tal forma que si sacamos el costo total en anualidades, tendremos la oportunidad de saber cuál será este costo más bajo y, con ello, determinar el tamaño más económico. 𝐶𝑇 = 𝐶𝐶 + 𝐶𝑂 Donde: 𝐶𝑇 = costo total 𝐶𝐶 = costo de capital 𝐶𝑂 =costo de operación

Encontremos estos costos. 6.1.

COSTO DE CAPITAL 𝐶𝐶 = 𝐿𝑓 ∗ 𝐴 ∗ 𝑐𝑑 ∗ 𝑐

Donde: 𝐿𝑓 = largo físico de la galería, m; 𝐴 = área de la galería, m2; 𝑐𝑑 = costo desarrollo, US$ /m3; 𝑐 = servicio del capital; que es igual a: 𝑐={

𝑖 ∗ (𝑖 + 1)𝑛 } + 𝑐𝑚 (𝑖 + 1)𝑛 − 1

Donde: 𝑖= interés anual en %; 𝑛= número de años de servicio de la deuda;

[Fecha]

22

𝑐𝑚 = costo de mantención en %. 6.2.

Costo de operación 𝐶𝑂 = 𝑃𝑜𝑡 ∗ 𝑐𝑒

Donde: 𝑃𝑜𝑡= potencia en Watt. 𝑐𝑒 = costo de energía, US $/Watt-año 𝑃𝑜𝑡 =

𝐻∗𝑄



=

𝛼 ∗ 𝑃 ∗ 𝐿 ∗ 𝑄3 𝐴3 ∗ 

Donde "𝛼" debe ser del sistema de unidades internacionales (SI) 𝐻= caída de presión, pascal 𝐿= largo total, m = Lf+Le; 𝑄= caudal, m3/seg; 𝐴= área, m2; 𝑃= perímetro, m.

= eficiencia del ventilador, %.

6.3.

COSTO TOTAL 𝐶𝑇 = 𝐿𝑓 ∗ 𝐴 ∗ 𝑐𝑑 ∗ 𝑐 +

𝛼 ∗ 𝑃 ∗ 𝐿 ∗ 𝑄 3 ∗ 𝑐𝑒 𝐴3 ∗ 

Como tanto el perímetro como el área son funciones de la forma geométrica de la galería y, en definitiva, de la dimensión fundamental de ella, se deberá reemplazar estos dos parámetros por las funciones correspondientes. Como ejemplo, pensemos que la galería que deseamos encontrar su tamaño óptimo sea cilíndrica: 𝑃 = 𝜋 ∗ ∅ = 3,14 ∗ ∅ 𝐴 = (𝜋/4) ∗ ∅2 = 0,78 ∗ ∅2 Reemplazando: 𝐶𝑇 = 0,78 ∗ 𝐿𝑓 ∗ ∅2 ∗ 𝑐𝑑 ∗ 𝑐 +

6,62 ∗ 𝛼 ∗ 𝐿 ∗ 𝑄 3 ∗ 𝑐𝑒 ∅5 ∗ 

Derivando 𝑑𝐶𝑇 /𝑑∅ y haciendo igual a cero, para encontrar la tangente paralela al eje de las "x", y finalmente despejando, tenemos: 1/7

21,22 ∗ 𝛼 ∗ 𝐿 ∗ 𝑄 3 ∗ 𝑐𝑒 ∅=( ) 𝐿𝑓 ∗ 𝑐𝑑 ∗ 𝑐 ∗ 

[Fecha]

23

7. CIRCUITO DE VENTILACION Debe garantizarse que en la explotación subterránea circule un caudal de ventilación tal que permita cumplir con los distintos requerimientos para personas, explosivos y maquinaria diésel; todo esto se logra mediante el cálculo de un circuito de ventilación que satisfaga las exigencias anteriormente planteadas. Cabe destacar que el aire que se ingrese a la actividad subterránea debe estar exento de gases, humos, vapores o polvos nocivos o inflamables; la entrada de aire debe ser independiente de la salida, a una distancia mayor de 50 metros entre ellas. Este circuito debe ser calculado por un tecnólogo en minas, ingeniero de minas, ingeniero en minas, un ingeniero de minas y metalurgia o por un especialista en ventilación de labores subterráneas. 7.1.

Medición de las variables y características aerodinámicas

El caudal de aire es el principal factor en la caracterización de un sistema de ventilación, ya que establece las condiciones ambientales de la mina, tales como temperatura y humedad, las cuales les brindan a los trabajadores un confort en sus labores. El caudal se ve afectado por las resistencias generadas por las galerías y la capacidad de los ventiladores. 7.1.1. Medición de la velocidad promedio La velocidad promedio se utiliza para el cálculo de los caudales. Esta se mide usando un anemómetro digital o de paletas, dependiendo de la sensibilidad del equipo. En una galería se deben ubicar los puntos de medición de una manera uniforme; con el fin de abarcar toda la longitud de dicha galería e identificar zonas en donde existan fugas y cambios de sección, muy comunes en la explotación. La forma de utilizar los equipos de medición de velocidad promedio es la siguiente: La medición usando anemómetros de barrido es sencilla, se debe realizar un recorrido uniforme a través de la galería para abarcar completamente la sección transversal de la misma, lo más recomendables es hacer dicho movimiento en forma de ocho durante un minuto. Para realizar estas medidas se debe tener en cuenta el sentido de la dirección del aire para la ubicación del equipo, éste debe encontrarse siempre perpendicular al flujo del aire; la persona que está realizando la medida debe ubicarse de tal forma que ofrezca la menor resistencia posible (se recomienda que se encuentre de lado). Si se está trabajando con un anemómetro de paletas se debe realizar una corrección a la velocidad medida, este tipo de anemómetros viene acompañado por una la tabla de corrección suministrada por el fabricante del equipo. Las velocidades medidas se deben promediar por galería para calcular la velocidad promedio en dicho sitio.

[Fecha]

24

A

B

C

Figura 1. (A) Anemómetro de paletas. Fuente: [www.vdmconsultores.cl., 10 de Mayo de 2017] (B) Anemómetro digital de Hilo Caliente (C) Anemómetro de Paletas (Elaboración propia)

7.1.2. Medición de la sección transversal de la galería Esta medición debe realizar en cada estación de aforo de caudal y se debe tomar dependiendo de la forma que presente la galería. Los parámetros medidos son anotados en campo, para posteriormente ser usados en un software, tipo CAD, quien suministrara las áreas

requeridas

Figura 2. Áreas promedio de trabajo en minería subterránea

[Fecha]

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7.1.3. Cálculo de Caudal Los caudales se calculan a partir de la velocidad promedio medida y el área transversal de la galería. La ecuación utilizada es la siguiente: 𝑚3 𝑄 = 𝑉 ∗ 𝑆; [ ] 𝑠𝑒𝑔 Donde: Q = Caudal (m3/s) V = velocidad promedio (m/s) S = Área de la sección transversal (m2) 7.2.

CAUDAL DE AIRE MÍNIMOS REQUERIDOS

El caudal de aire en una mina depende de los siguientes factores: 7.2.1. Caudal de aire mínimo por trabajadores El volumen mínimo de aire que circule en las labores subterráneas, debe calcularse teniendo en cuenta el turno de mayor personal, la elevación de éstas sobre el nivel del mar, gases o vapores nocivos y gases explosivos e inflamables, cumpliéndose lo siguiente: Excavaciones mineras hasta 1.500 metros sobre el nivel del mar: 3m3/min. por cada trabajador. Excavaciones mineras con cotas superiores a los 1500 m.s.n.m. 6 m3/min por cada trabajador 7.2.2. Caudal de aire mínimo por explosivos Para el cálculo de la cantidad de aire requerido para diluir los gases producto de la voladura se hace uso de la ecuación diferencial para la dilución de gases mostrada a continuación: 𝑑𝑘 = [𝑅𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑐𝑜𝑛 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑔𝑎𝑠] − [𝑅𝑎𝑝𝑖𝑑𝑒𝑧 𝑐𝑜𝑛 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑒 𝑒𝑙 𝑔𝑎𝑠] 𝑑𝑡 𝑑𝑘 𝐾(𝑡) = 𝑄1 ∗ 𝑐1 − 𝑄2 ∗ 𝑐2 ; 𝑐 = 𝑑𝑡 𝑉𝑜 Donde: c = Concentración de los gases de la explosión (%) k(t) = Volumen del gas en el tiempo. V = Volumen inicial de la galería (m3)

[Fecha]

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Suponiendo que la concentración inicial de gases nocivos y tóxicos c1 en el aire es cero nos queda que: 𝑑𝑘 𝐾(𝑡) = −𝑄. 𝑑𝑡 𝑉𝑜 Integrando, se obtiene que: 𝑘 =𝑉𝐿𝑃.𝑉𝑜

𝑙𝑛 𝐾𝐾12

=−

𝑄 𝑡2 .𝑡 𝑉𝑜 𝑡1=0

Donde: K

= Concentración inicial.

K

= Concentración deseada.

VLP: Valor límite permisible según la norma

7.3.

CLIMATOLOGÍA

Al conocer y analizar los parámetros climatológicos presentes en la mina, se podrá evaluar las condiciones en las cuales se encuentra operando la explotación. Los parámetros a considerar son: 7.3.1. Temperatura Se medirán en los nodos definidos, dicha selección se hizo con base a los puntos críticos donde había división de caudales o puntos calientes. Se considerará temperatura de bulbo seco, bulbo húmedo y temperatura efectiva. Las dos primeras serán medidas con un termo higro anemómetro y la temperatura efectiva será calculada. Estas temperaturas se explican a continuación: Temperatura de bulbo seco (Tbs) Es la verdadera temperatura del aire húmedo y con frecuencia solo se le denomina temperatura del aire. Esta temperatura se midió usando la función de medición la temperatura que posee un anemómetro digital. Temperatura de bulbo húmedo (Tbh) Es la temperatura que da un termómetro con el bulbo envuelto en algodón húmedo bajo una corriente de aire. La corriente de aire se produce mediante un pequeño ventilador o poniendo el termómetro en un molinete y haciéndolo girar. Al evaporarse el agua, absorbe calor, rebajando la temperatura, efecto que reflejará el termómetro. Cuanto menor sea la humedad relativa del ambiente, más rápidamente se evapora el agua que empapa el paño. Se utiliza para calcular la humedad relativa, esto se hace usando una carta.

[Fecha]

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Temperatura efectiva (Te) Es un criterio que permite medir el nivel de bienestar a que está sometida una persona al momento de desempeñar su trabajo en un ambiente determinado. A su vez la permanencia de una persona en labores subterráneas, está limitada por este indicador. La ecuación para calcular la temperatura efectiva es: 𝑇𝑒 = 0.3𝑇𝑏𝑠 + 0.7𝑇𝑏ℎ − 𝑉[°𝐶] Donde: 𝑇𝑒 = Temperatura efectiva (ºC) 𝑇𝑏𝑠 = Temperatura de bulbo seco (ºC) 𝑇𝑏ℎ = Temperatura de bulbo húmedo (ºC) V = Velocidad del viento (m/s) Tabla 1. Tiempos de permanencia vs temperaturas efectivas te (°C) 28 29 30 31 32

Tiempo de permanencia (horas) Sin limitaciones Seis (6) Cuatro (4) Dos (2) Cero (0)

7.3.2. Humedad El aire atmosférico es húmedo y contiene vapor de agua. Esto hace necesario definir la concentración de agua en el aire húmedo. 𝑃𝑉 = 𝑃𝑉𝑆 − 0.66 ∗ 103 ∗ 𝑃 ∗ (𝑇 − 𝑇𝑏ℎ ) ∗ (1 + 1.146 ∗ 103 ∗ 𝑇𝑏ℎ ) Donde: P es la presión atmosférica en 𝐻𝑃𝑎 𝑃𝑉𝑆 es la presión de vapor de saturación para T en Hpa T y 𝑇𝑏ℎ son la temperatura y la temperatura de bulbo húmedo en ºC. Las minas deben contar con un termohigroanemometro, con el cual se midió la humedad relativa, cabe recordar que dicho término corresponde a la presión parcial de vapor de agua en el sitio.

[Fecha]

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7.3.3. Densidad del aire Para el cálculo de la masa específica del aire, se utiliza la siguiente expresión empírica que ha sido verificada en repetidas oportunidades, válida si la temperatura ambiental se encuentra entre 10°C a 50°C y el estado del aire es de saturación o casi saturación. (Luque, 1988) 𝜌 = 0.462

𝑃 𝐾𝑔 [ ⁄𝑚3 ] 𝑇

Donde: P = Presión absoluta, (mm Hg). T = Temperatura absoluta, (K). 7.4.

[T = 𝑇𝑏𝑠 + 273,15]

PLANO DE VENTILACION

La mina debe contar con un plano que sea claro y donde se evidencien los principales elementos de ventilación como son: ventiladores con sus características principales, caudales circulantes en la mina, puntos de aforo, identificación de las corrientes de aire fresco y las de aire viciado con su respectivas direcciones y distribuciones, reguladores de caudal como puertas y tabiques, entradas, salidas. Este plano debe actualizarse cada mes. 7.5.

VENTILADOR DE MINA

Los ventiladores que se instalen en la mina deben cumplir con los requerimientos que se identifiquen para cada operación; sus características deben ser claras, datos como caudal y presión deben estar identificados por la curva característica del ventilador y deben estar reflejados en el plano de ventilación. 7.6.

EQUIPOS DE MEDICION

Se debe contar con equipos de medición como anemómetros, termómetros, higrómetros y medidores de concentración de gases, que permitan tener un registro de las condiciones del aire de la mina. Se debe contar con procedimientos y formato de registros. 7.7.

CONTROL DE LABORES ANTIGUAS

Se debe contar con un procedimiento para sellar labores antiguas, a su vez contar con un control de dichas zonas donde se verifique que no se están presentando fugas ni perdidas en el circuito; cada sello que se construya debe ser ubicado en los planos de ventilación. 7.8.

PUNTOS DE AFORO

Se debe contar con puntos de aforo fijos, cuya ubicación este incluida en los planos de ventilación; estas estaciones de aforos deben tener unas secciones

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fijas que permitan tener un área constante donde se pueda realizar un seguimiento permanente de los caudales que por allí circulan. 7.9.

DISPOSITIVOS DE VENTILACION

Para controlar los circuitos de ventilación se deben contar con puertas, cortinas y/o reguladores de ventilación que dirijan el flujo de aire acorde al diseño del circuito de ventilación. 7.10. TABLEROS DE MEDICIÓN En todas las labores activas se deben contar con tableros donde se registren las concentraciones de los gases que se controlan en la explotación, como lo son: Oxigeno (O2), CO (monóxido de Carbono), CO2 (Dióxido de Carbono), NO2 (Óxidos nitrosos), deben contar con fecha y hora, frente de trabajo, concentraciones, persona que realiza la medición y las conclusiones a las que se lleguen luego de la inspección. 7.11. CAPACITACION VENTILACION Se deben realizar capacitaciones de manera continua sobre la ventilación que regula la mina; esto con el fin de que el personal tanto operativo como administrativo de la compañía conozcan el estado actual del circuito así como las posibles modificaciones a realizarse a futuro; temas fundamentales a tocar son el cuidado de los ductos de ventilación, el estado de trabajo de los ventiladores, el paso por las puertas de ventilación entre otros que sean identificados por parte de la persona encargada del plan de ventilación. 7.12. CONCENTRACION DE GASES: 7.12.1.

Monóxido de carbono (CO):

Gas sin color, sin sabor, ni olor. Toxico y combustible; combustible cuando su contenido es de 13 a 75%. Es un gas bastante venenoso que tiene mucha más afinidad por la hemoglobina de la sangre que el oxígeno, formando la carboxihemoglobina, reduciendo en esta forma el aporte de oxígeno a los tejidos. El efecto inmediato del CO es comparable con el de un anestésico suave; el peligro del CO radica principalmente en que el individuo aun consiente puede notar en su organismo un cierto estado general de intoxicación, pero la debilidad que se presente le impide retirarse de la zona de peligro, por sus propios medios. 7.12.2.

Dióxido de carbono (CO2):

Gas sin color, inodoro con un sabor ligeramente acido. Existe en trazas (0.03%) en el aire natural, cuando su concentración alcanza el 0.5% ocasional el aumento del ritmo y la profundidad de la respiración, con 2% de CO2 la respiración aumenta en 50%, con 5% la respiración se hace más penosa, con 10% no se puede resistir unos pocos minutos.

[Fecha]

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7.12.3.

Ácido sulfhídrico (H2S):

Gas incoloro de olor característico a huevos podridos, sofocantes, tóxicos, inflamables, irritantes y venenosos. Es más venenoso que el monóxido de carbono, pero su característico olor lo hace menos peligroso. Irrita las mucosas de los ojos, de los conductos respiratorios y ataca el sistema nervioso. Con un contenido de 0,05% se produce un envenenamiento peligroso en media hora y con 0,1% rápidamente sobreviene la muerte. Las fuentes de formación en las minas son putrefacción de sustancias orgánicas, descomposición de minerales sulfurosos, emanación de gases de las grietas y combustión incompleta de explosivos. 7.12.4.

Anhídrido sulfuroso (SO2):

Gas incoloro sofocante, con fuerte olor sulfuroso, es 2,2 veces más pesado que el aire y se disuelve fácilmente en el agua. Es fuertemente irritante de los ojos, nariz y la garganta, incluso en concentraciones bajas, y puede causar graves daños a los pulmones si se inhala en altas concentraciones. En concentraciones superiores a 0,001 % ataca a las mucosas y con 0,05 % es mortal. Se forma por la combustión de piritas, de minerales con alto contenido de azufre y por voladuras en rocas que contienen sulfuros. 7.12.5.

Gases nitrosos (NO y NO2):

Gases incoloros en concentraciones bajas y de color pardo rojizo cuando la concentración es alta. Es un gas tóxico e irritante que se forma en las minas por efecto del empleo de explosivos, especialmente cuando se utiliza anfo y por la combustión de motores diésel. Su acción tóxica la ejerce en las vías respiratorias, especialmente en los pulmones, al disolverse con el agua formando el ácido nítrico y nitroso los que corroen los tejidos. Una concentración de 0,002% produce un envenenamiento mortal. Los óxidos de nitrógeno tienen un comportamiento engañoso respecto a su toxicidad, pues una persona que lo respira puede rehacerse aparentemente y después de varias horas o días morir repentinamente. Volumen de oxígeno. Ningún lugar de trabajo bajo tierra puede ser considerado apropiado para trabajar o transitar, si su atmósfera contiene menos del diecinueve coma cinco por ciento (19,5%), o más del veintitrés coma cinco por ciento (23,5%) en volumen de oxígeno.

[Fecha]

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A raíz de lo anteriormente expuesto se establecieron en Colombia los siguientes Valores Límites Permisibles (VLP) en la atmósfera de cualquier labor subterránea, para los siguientes gases contaminantes:

Tabla 2. Valores límites permisibles según decreto 1886.

Estos valores están basados en los estándares internacionales establecidos por la ACGIH –Conferencia Americana de Higienistas Industriales; cada año estos valores deben ser actualizados de acuerdo a las exigencias que implemente la ACGIH, esta labor de actualización debe realizarse de la mano con la ARL con la que cuente cada empresa minera. El VLP - TWA corresponde al Valor Límite Permisible de Tiempo Promedio Ponderado para una jornada de ocho (8) horas diarias y cuarenta (40) horas a la semana de trabajo. Cuando la jornada laboral sea superior a lo establecido en este parágrafo, los Valores Límites Permisibles VLP - TWA deben ser corregidos aplicando el modelo matemático desarrollado por Brief & Scala (2003).

Tabla 3. TLV para turnos de 11 horas de trabajo. GA SE S Dióxido de Carbono

TLV – Turnos 11 horas

CO2

TLV – TWA (ppm) 5000

FORMULA

1850

Monóxido de Carbono Ácido Sulfhídrico

CO

25

9,3

H2S

1

0,4

Óxido Nítrico

NO

25

9,3

Dióxido de Nitrógeno

NO2

0,2

0,07

[Fecha]

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7.13. SISTEMA DE MONITOREO CONTINUO En minería subterránea moderna es muy común el uso de equipos con motor de combustión interna, por lo cual es necesario tener un control en tiempo real del impacto de sus emisiones de monóxido de carbono en el circuito y su posible afectación en la concentración de oxigeno de la explotación; por lo cual es necesario la instalación de un sistema de monitoreo continuo que permita intervenir en tiempo real en caso de presentarse alguna anomalía en los caudales que recorren la mina.

7.14. CONCENTRACIONES DE POLVO EN EL AIRE El empleador deberá realizar mediciones constantes de las concentraciones de polvo en suspensión en la labor minera, para ello debe apoyarse con su ARL con el fin de adelantar estudios que permitan determinar si la mina se encuentra dentro de los valores límites permisibles establecidos en la Ley. Para las evaluaciones de material particulado se siguió la metodología recomendada por la NIOSH (National Institute for Occupational Safety Health), las cuales son las de mayor aceptación a nivel mundial para la cuantificación de las exposiciones

ocupacionales. De acuerdo con lo anterior, la metodología para la medición de partículas respirables es la NIOSH 0600 y para sílice con clasificación es la NIOSH 7500. Este método indica entre otros aspectos, el medio de captura a utilizar, volumen de aire a muestrear, el caudal de muestreo, tipo de filtro y la forma analítica a utilizar una vez recolectadas las muestras

8. CÁLCULO DE RESISTENCIAS 8.1.

MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA AERODINÁMICA

Se considera resistencia a cualquier obstáculo o superficie que impida que el aire pueda fluir libremente por las galerías de una mina. Esta se puede caracterizar en: Resistencia regulada La resistencia regulada, representa la oposición que las paredes, pisos y techos ejercen en el movimiento de aire a través de ellas. Esta depende de variables como la sección transversal, longitud y perímetro de la galería, coeficiente de frotamiento, aceleración de la gravedad y densidad del aire (que a su vez es función de la temperatura y presión atmosférica), de la siguiente manera: 103 𝐿 𝑅=( ) . 𝜆. 𝜌. 𝐵. ( 3 ) 8𝑔 𝑆

[Fecha]

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Donde: R = Resistencia, Murges (µ) g = Aceleración de la gravedad (m/s2) 𝜆 = Coeficiente de frotamiento 𝜌 = Densidad especifica del aire (Kg/m3) B = Perímetro de la sección de la galería (m) L = Longitud de la galería (m) S = Sección transversal de la galería ( m2 ) Resistencia singular Existe una resistencia adicional al paso de aire debido a puntos singulares tales como estrechamientos o ensanchamientos bruscos, cambios de dirección pronunciados, etc; la cual se calcula de la siguiente manera: 𝑅 = 62.487.

𝜀 𝑆2

Donde R = Resistencia, Murges (µ)

𝜀 = Coeficiente de pérdida de carga singular S = Sección transversal de la galería (m2) Tipos de resistencias Las minas cuentan con diferentes tipos de resistencias, instaladas en algunas zonas para clausurar trabajos antiguos, y en otros lugares para direccionar el flujo de aire, dichos tipos de resistencias son: Tapones Los tapones son resistencias o artificios para incrementar la oposición al paso del aire por una galería en la cual no se quiere que cruce el flujo de aire. Hay dos formas de crear tapones, estos son: •Tapones de adobe: Este tipo de resistencia hace referencia a un muro de ladrillos que hermetiza por completo una galería, se usa comúnmente en labores de producción ya explotadas como tambores de producción o en zonas que antiguamente comunicaban, por ejemplo, travesías que comunicaban una clavada con una vía paralela.

[Fecha]

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Figura 4. Tapón en adobe Mina.

•Tapones de plástico o costal: Hace referencia a cortinas plásticas o en costal, generalmente se usan en trabajos que aún se están realizando o en lugares de corta duración. Posee gran utilidad debido a su bajo costo, pero a su vez la desventaja por ser muy delgadas, lo que facilita su rompimiento, requiriendo un mantenimiento muy continuo.

Figura 5. Tapón de costal Mina.

Cortinas de bandas Corresponde a una cortina de lona o caucho, rígido en sus extremos y flexible en su parte media, comúnmente se usa con el fin de permitir la movilidad de los sistemas de transporte como los coches o trabajadores que desean acceder a un frente productivo. Este tipo de resistencia requiere que por lo general se realice en pares y se encuentren distanciadas, es decir, mínimo dos cortinas separadas una distancia aproximada de 5 m; esto se debe a su naturaleza flexible y poca hermeticidad deja fluir el aire con facilidad.

[Fecha]

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Figura 6. Cortinas de bandas

Puertas Metálicas: Usadas principalmente en los niveles, en aquellos lugares donde debe transitar personal y maquinaria, pero que se desea que el aire tenga gran resistencia aerodinámica en aquel lugar.

Figura 7. Puerta Metálica En la Tabla 4, se muestran los valores usados para distintos tipos de resistencia en la mina. Tabla 4. Valores de Resistencia para diferentes tipos. Tipo de Resistencia Tapón de adobe y cemento

Tapón de Costal

Cortinas de banda

Puerta Metálica

Infinita

50

200

3000

Resistencia (μ) Fuente: Luque (1988)

[Fecha]

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8.2.

CARACTERIZACIÓN DE VENTILADORES

Si se encuentra que el flujo de aire necesario Q, debe vencer en el interior de la mina una pérdida de carga ΔP, será necesario tener un ventilador que hará parte del circuito, y que proporcionara al movimiento del aire un aumento de carga H= ΔP en el momento que lo atraviese un flujo igual a Q. Las características del ventilador Q y H se encuentran determinadas por el estudio de la red de ventilación. La caracterización de los ventiladores u obtención de las curvas características (Δ𝐻𝑠 vs. Q), es un procedimiento indispensable para conocer el comportamiento del ventilador al variar algunos de sus parámetros (ángulo de paletas, velocidades de motor, etc.) A continuación, se describe la manera de caracterizar un ventilador según lo estipulado en las normas AMCA y ASRHAE. 8.2.1. Presión Es necesaria su medición para la obtención de los puntos de operación del ventilador, las presiones que se medirán son presión total, dinámica y estática. La relación existente entre las presiones, se muestra en la siguiente ecuación (Ventiladores):

𝑃𝑒 = 𝑃𝑡 − 𝑃𝑑 Donde, Pe: Presión estática Pt: Presión total Pd: Presión dinámica Medición de la presión total La presión total en un punto de operación será medida con un manómetro, con una extremidad abierta a la atmósfera y la otra conectada al punto donde se va a medir la presión total, es decir al tubo central o interior del tubo de Pitot. Medición de la presión dinámica o presión de velocidad La medición de la presión dinámica se hará con un manómetro, con un extremo conectado al tubo interior del Pitot (presión total), y el otro conectado al tubo exterior del Pitot (presión estática), lo que hace que se produzca una diferencia de presiones entre estas dos medidas de presión dando como resultado la presión dinámica. Medición de la presión estática La presión estática de un punto puede ser leída en el manómetro, conectando el tubo exterior del Pitot a una de las extremidades del manómetro y la otra dejándola abierta a la atmósfera (presión atmosférica).

[Fecha]

37

8.2.2. Caudal Para la toma de caudal se realiza la lectura de la presión dinámica (Pd), y luego usando la ecuación de energía en donde la cabeza de velocidad está dada por:

𝑃𝑑 =

𝜌𝑉 2 2𝑔

Ó

𝑉=√

2𝑔.𝑃𝑑 𝜌

Donde: Pd: Presión dinámica (mmca) 𝜌 : Densidad del aire (kg/m3) V: Velocidad del aire (m/s) g: Aceleración de la gravedad (m/s2) La velocidad obtenida por la medición de la presión dinámica se halló en el ducto, hay que calcular la velocidad en el ventilador; ésta se calcula por un balance de caudales o como se muestra en la siguiente ecuación: 𝑉𝑣 × 𝐴𝑣 = 𝑉𝑑 × 𝐴𝑑 Donde:

𝐴𝑑 : Área del ducto (m2) 𝐴𝑣 : Área del ventilador (m2) 𝑉𝑑 : Velocidad en el ducto (m/s) 𝑉𝑣 : Velocidad en el ventilador (m/s) 8.2.3. Instrumentos utilizados para la medición de la presión Los instrumentos utilizados para la medición de presión son los mencionados a continuación: Tubo de Pitot Este instrumento consta de tubos concéntricos. El tubo interno se utiliza para conducir la presión total y en el externo la presión estática, mediante unos ocho orificios, los cuales se hallan perforados en forma circular en su pared con especificaciones ya estandarizadas. El tubo de Pitot será de suficiente tamaño y resistente a las fuerzas que actúan sobre él, su diámetro exterior no excederá una 1/30 parte del ducto y como mínimo será de 6,35 mm. El diámetro del tubo interior será 0,4 veces el diámetro del tubo externo del Pitot y de 1,27 mm como mínimo. Los orificios laterales del tubo externo tendrán un diámetro de 0,13 veces el diámetro del tubo externo del Pitot y no deben exceder de 1,016 mm. El acabado superficial de las paredes será de 8 m (micras). Los orificios laterales se

[Fecha]

38

hallan a una distancia de ocho veces el diámetro externo del Pitot y se medirá a partir de la boca de entrada del Pitot. El caudal se calculará a partir de la presión dinámica o de velocidad (Monsalve, 1989), ya que la velocidad se obtiene a partir de esta, este procedimiento es válido cuando la velocidad de flujo a través del ducto sea menor de 12.19 m/s3 (según normas AMCA y ASRHAE), cuando se usa un tubo de Pitot. La manera de utilizar el tubo de Pitot es sencilla, lo primero es garantizar que la boquilla de toma de datos este completamente paralela al flujo y perpendicular a la sección transversal del ducto o túnel de viento, luego se conecta una manguera a la toma de presión estática o total según lo que se quiera medir y esta a su vez conectarla al manómetro inclinado o en U.

Manómetro Para la medición de las presiones se utiliza un manómetro en U (Ver Figura 8) o un manómetro inclinado (Ver Figura 8) dependiendo del rango de variación de las presiones. Para medir las presiones generadas por el ventilador se debe registrar la variación del nivel del agua, la manguera que va a comunicar el Pitot con el manómetro se debe: 



Conectar un extremo del manómetro al tubo de Pitot (sea para la medición de presión total o estática) y el otro extremo a la atmósfera. Cuando se va a medir la presión dinámica se conectar los dos extremos del manómetro inclinado al tubo de Pitot.

Figura 8. Manómetro en U.

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Figura 9. Manómetro inclinado.

8.2.4. Procedimiento de medición El procedimiento para caracterizar un ventilador es: a) Se fija el motor del ventilador a una velocidad determinada para mantener el caudal constante. b) Se instala el conjunto (ventilador – ducto) de acuerdo al sistema descrito. (Figura 10 c) Se introduce el tubo de Pitot y se mide la presión en un punto, luego se desplaza sobre la línea de movimiento una cierta distancia.

Figura 10. Montaje ventilador ducto Para tomar un promedio de las presiones del flujo en el ducto, se divide este en cuatro áreas concéntricas y se hacen lecturas colocando el Pitot a intervalos de 60º + 1º en el centro de las divisiones, En esta se ven todas las posibilidades variaciones según las normas. Es de anotar que los puntos de medición se hallan en áreas no equivalentes y que además las

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lecturas de la medición no se efectúan en el centro del ducto. Se han tomado estos puntos de medida según lo establecen las normas AMCA y ASRHAE para pruebas de ventiladores, las cuales no están de acuerdo con el criterio de que las áreas barridas sean proporcionales. Acorde con las normas AMCA (esto según la experiencia de quienes trabajan con ventiladores) para la medición existen unas reglas prácticas para definir el túnel de viento y los puntos longitudinales para la toma de datos, los cuales se basan en el diámetro del ventilador. Para el diseño del túnel, se tiene que la longitud mínima del ducto es entre 10 a 12ø; la ubicación de medida debe ser a 8.5ø + 1/4ø a partir del ventilador, como se muestra en la figura a continuación:

Figura 11. Túnel de viento. Fuente: Gómez G. (2007).

8.2.5. Notas sobre los errores a tener en cuenta en la caracterización de ventiladores En el transcurso de la ejecución de este proyecto, se han tomado algunos apuntes de los errores más comunes en la medición o caracterización de los ventiladores. A continuación, se nombran los errores más comunes:  Se debe asegurar que los equipos de medida estén correctamente calibrados o que no existen objetos extraños que interrumpan la medida, por ejemplo, para la lectura de presión en los manómetros, se debe asegurar que no existan burbujas de aire dentro de los tubos, esto genera lecturas falsas.  Se debe tener especial cuidado con la ubicación de la cabeza del tubo de Pitot con respecto al flujo de aire (paralelo al flujo y perpendicular a la sección del ducto), esto se debe a que una inclinación de más de 12º no reporta las lecturas verdaderas en los manómetros.  Con respecto al túnel de viento o ducto de pruebas, en lo posible garantizar la menor rugosidad de sus paredes, esto debido a que estas generan pequeños regímenes de turbulencias y mala lectura de los datos.

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 Garantizar la hermeticidad de la unión entre el ventilador y el túnel de viento.  Tener cuidado con que las resistencias se mantengan fijas durante la ejecución de la prueba.  Se debe tener especial cuidado con el aumento en la resistencia, debido a que el ventilador entra en el punto de bombeo o punto inestable, esto se evidencia cuando se produce un ruido grave y aumenta el nivel de vibraciones.

Figura 12. Ventilador principal mina.

Figura 13. Ventiladores Principales Mina, a la izquierda 40 HP y a la derecha 25 HP.

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9. CASO PRÁCTICO Con este caso práctico se busca que el lector tengo un ejemplo claro de cómo aplicar el decreto 1886 en su actividad minera en cuanto a ventilación se refiere: La mina a analizar estará ubicada entre los 1600 y 2200 m.s.n.m., con una plantilla de personal en subterráneo de 65 personas por turno, con tres turnos cada uno de ellos de 8 horas, con un consumo mensual promedio de explosivos de 23,8 Kg. de Indugel y 10,8 kg de ANFO; para un promedio turno de 11,5 kg de explosivos por voladura por turno. La flotilla de equipo Diésel de la mina estaría conformado por: •

Jumbo: 83 hp.

•

Bolter 83 hp.

•

Cargador: 201 hp.

•

Volqueta: 220 hp.

•

Mini cargador: 60 hp.

9.1.

CÁLCULO TEÓRICO DE CAUDALES REQUERIDOS:

Comenzaremos calculando la cantidad de aire necesaria en la mina, este es uno de los principales datos a tener en cuenta al momento de calcular un circuito de ventilación 9.1.1. Calculo de caudal por personal en la mina Según la legislación colombiana en el Artículo 54 del Decreto N° 1886 de 2015 (Reglamento de Seguridad en las labores subterráneas), el requerimiento por cada persona es de 6m3/min por cada trabajador, ya que la ubicación de la mina supera los 1500 m.s.n.m., a su vez tenemos que en el turno ingresan un total de 65 Personas en su interior Q trabajadores= 65 trabajadores x 6m3/min/trabajador.=390 m3/min. 9.1.2. En función de los gases producidos por voladuras. Debido a que se requiere disponer del máximo número de horas de ocupación al día, los gases de las voladuras deben ser evacuados en el menor tiempo posible, para que así el personal pueda volver nuevamente a los frentes de trabajo. Caudal por uso de explosivos: La determinación del caudal por explosivos está dada por: 𝑄=

100 ∗ 𝑎 ∗ 𝐴 𝑚3 [ ⁄𝑚𝑖𝑛] 0.008 ∗ 𝑇𝑑

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Donde a: Volumen de gases toxicos generados por la explosion de un kilogramo de sustancia explosiva, para el indugel a = 0.04 m3/kg A: Cantidad de explosivo detonado. (Kg)

𝑇𝑑 : Tiempo de dilucion de los gases (30 min) Se determina la cantidad de explosivos usados con base a la información suministrada el cual es de 11,5 kg de explosivos por voladura por turno. Al aplicar la formula anteriormente enunciada se obtiene un caudal crítico de: Q = 192 m3/min 9.1.3. En función de la maquinaria Diésel. El uso de los equipos Diésel está reglamentado bajo el Decreto 1886 de 2015, en su artículo 54 parágrafo 2, donde se reglamenta que: Se debe suministrar seis metros cúbicos 6 m3 por minuto por cada H.P de la máquina. El caso de mayor presencia de equipos diésel en la mina sería cuando cargador, volqueta y mini operen de manera simultánea: Tabla 5. Potencia de equipos usados en el caso práctico.

EQUIPO

POTENCIA MOTOR

Cargador

201

Volqueta

220

Mini cargador

60

TOTAL POTENCIA

481

Q Diésel = 481 HP x 6m3/min/HP. = 2886 m3/min.

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Para determinar el caudal crítico se usará el caudal requerido por la maquinaria diésel más el caudal requerido por el personal; ya que con este se cubren totalmente los caudales requeridos explosivos. Cabe recordar que el caudal de los explosivos se maneja de forma particular ya que al momento de la voladura no debe haber equipos ni personal en la zona de influencia de la voladura. Por ende, el caudal crítico para el momento actual de la operación es de: Total Q requerido (equipos + trabajadores) = [390 + 2886] m3/min = 3276 m3/min A este caudal debe agregársele, como mínimo, 15% del Q requerido por concepto de fugas/filtraciones, obteniéndose: Q filtraciones = (0.15 x 3276) m3/min = 491,4 m3/min (aprox.) Lo que da, finalmente, como caudal total de ventilación, un valor igual a: Q TOTAL = (Q requerido + Q filtraciones) m3/min = (3276 + 491) m3/min = 3767 m3/min = 133030 cfm Ya se cuenta con el caudal necesario en la operación, ahora se debe calcular la presión requerida para mover el aire a través de la mina.

9.2.

CALCULO DE PRESIONES EN 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. 9.2.1. 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.

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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. 9.2.2. Ejemplo Práctico Para este ejemplo práctico será usado el software Ventsim, desarrollado por Chasm Consulting de Australia. Inicialmente se digitaliza el circuito de la mina en el programa:

Figura 14. Interfaz Software Ventsim Cuando ya se encuentre la mina modelada se fijará el caudal crítico requerido a través de ventiladores que cumplan con ese flujo de aire determinado:

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Figura 15. Datos de ventilador en Software Ventsim La línea de color amarillo de la anterior grafica corresponde a la curva característica del ventilador, dicha curva es suministrada por cada uno de los fabricantes, ejemplo:

Figura 16. Curvas de un ventilador La interacción entre la curva característica de la mina y la curva característica del ventilador brindaran el punto de operación que no es más que el caudal y la presión que generara el ventilador en cuestión:

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Punto de operació Curva de la

Curva del

Figura 17. Punto de Operación de un ventilador De la figura podemos obtener que el punto de operación de este esquema es de aproximadamente 85000 cfm (pies cúbicos por minuto) y una presión generada cercana a los 7,7 in w.g. (Pulgadas de columna de agua). Si tomáramos este ejemplo para el caso práctico que veníamos trabajando veríamos que el caudal que suministra este ventilador no es suficiente, ya que hablábamos de 133000 cfm requeridos y este ventilador solo puede suministrar 85000 cfm, por lo cual no sería capaz de suministrar el flujo que requiere el sistema.

9.3.

PLANOS Y CIRCUITOS DE VENTILACIÓN.

Los planos de ventilación son de vital importancia en las labores subterráneas ya que en ellos se plasma el circuito de ventilación que ha sido caracterizado a través de los distintos aforos; de este hacen parte caudales, ubicación y características de ventiladores, puntos de aforo, puertas de ventilación y los demás elementos que el responsable del plan de ventilación determine. A continuación, se muestra un ejemplo de plano de ventilación:

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Todo plano de ventilación debe contar con una identificación clara de las entradas y salidas de aire, de las zonas donde el aire es fresco y aquellos lugares donde el aire tiene presencia de gases y/o contaminantes propios del depósito o a la acción de las labores de perforación, voladura o descargue. Pero el plano de ventilación no es el único elemento de control presente en las minas, también se encuentran los tableros de medición de gases donde en cada turno se deben realizar las respectivas mediciones de gases ( Ver índice 6.1 Procedimiento para medición de Medición de gases)

Figura 18. Tablero de registro de medición de gases.

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10. CONCLUSIONES Se ha dado cumplimiento a todos los objetivos planteados a través de la elaboración de este documento, ya que se ha abordado la gestión del sistema de ventilación desde un punto de vista práctico, teórico y procedimental; servirá como base de futuros documentos que complementen lo aquí escrito con base a las experiencias diarias de los profesionales en campo y a través de la investigación que desde la academia surja.

El tener una óptima gestión del sistema de ventilación debe ser una de las políticas que las compañías mineras deben tener, esto va de la mano con el cumplimiento del decreto 1886, que permite tener el control sobre qué actividades deben ser medidas y cuantificadas durante el desarrollo de las labores mineras.

Se establecen criterios claves como la medición de caudales de aire y concentración de gases como elementos de control de la atmosfera minera, convirtiéndose en las dos principales fuentes de análisis para determinar las condiciones de trabajo al interior de las explotaciones subterráneas.

Es indispensable que cada mina tenga un responsable del sistema de ventilación quien conozca en detalle los circuitos de ventilación, que establezca las necesidades del mismo, que identifique todos los elementos de ventilación (ventiladores, ductos, anemómetros, puertas, muros, reguladores) y que trabaje de la mano con las áreas de planeamiento y operaciones con el fin de tener el conocimiento previo de aquellas nuevas labores que puedan afectar el sistema de ventilación.

Cada una de las personas que ingresen a las minas debe conocer el circuito de ventilación, esto con el fin de que conozcan la importancia de no afectar el funcionamiento del mismo, a través de malas prácticas como lo son: dejar las puertas de ventilación abierta, apagar los ventiladores, dañar los ductos de ventilación, golpear las puertas de ventilación entre otras; se debe fomentar el sentido de pertenencia entre todos los trabajadores para que sean los primeros en reportar cualquier cambio en todos los elementos del sistema.

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11. BIBLIOGRAFÍA AGENCIA NACIONAL DE MINERÍA. (Junio de 2017). Estadísticas 2005 2016. Obtenido de https://www.anm.gov.co/?q=emergencias_mineras CASTRO, William. Determinación del punto de operación y de la curva característica de un ventilador en funcionamiento. En Revista: Avances en recursos hidráulicos, Numero 1 1993, Medellín, pag 97-102. GÓMEZ ESCOBAR, Gabriel Alberto. Caracterización del sistema principal de ventilación de la mina el Bloque, c.i cardinales. Trabajo de grado. Ingeniero de Minas. Medellín. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Minas. Escuela de Materiales, 2007. 69 pp. LEAL PÉREZ, Ricardo Javier y RUIZ CORONADO, Alexis José. Caracterización y sistematización de la ventilación de la mina de caliza, cementos el Cairo S.A. Trabajo de grado. Ingenieros de Minas. Medellín. Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Minas. Escuela de Materiales, 2003. 189 pp. LUQUE, V. C., Manual de ventilación de minas. Pedeca S. Coop. Ltda, España. 1988 MCPHERSON, M J, 2009. Subsurface Ventilation Engineering, Publicado por Mine Ventilation Services, Inc., USA. MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA. Reglamento de seguridad en las labores subterráneas, Decreto 1886 (2015). Minas y Energía. 1987 Reglamento de seguridad en las labores subterráneas, Decreto 1335. MINISTERIO DE TRABAJO Y SEGURIDAD SOCIAL 2002. Clasificación de Actividades Económicas para el Sistema General de Riesgos Profesionales y se dictan otras disposiciones. Decreto 1607. MINISTERIO DEL MEDIO AMBIENTE, MINISTERIO DE MINAS Y ENERGÍA 2001. Guías Minero Ambientales.

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