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• Willian Guillermo Andrade Charcape

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA Escuela de Ingenieria de Minas

TEMA

: Condiciones Termo – Ambientales en Mina

INGENIERO

: Francisco Morales

ALUMNO

: Andrade Charcape, Willian

CICLO

: IX

TRUJILLO – PERÚ

2014

DEDICATORIA

A DIOS Por la sabiduría e inteligencia que me da día a día. A mi Madre Por su apoyo incondicional que me brinda siempre. A mis Queridos Padres Por su apoyo incondicional y el esfuerzo diario que realizan por brindarme una buena educación.

AGRADECIMIENTO

Agradecemos en primer lugar, al ser Supremo, único dueño de todo saber y verdad, por iluminarnos durante este trabajo y por permitirme finalizarlo con éxitos; y en segundo lugar, pero no menos importante, a mis queridos padres, por su apoyo incondicional y el esfuerzo diario que realizan por brindarnos una buena educación.

INDICE

Índice Caratula

i

Dedicatoria

ii

Agradecimiento

iii

Índice

iv

Introducción

v

CAPITULO I 1. Atmosfera en Mina 1.1. Capacidad de trabajo y Eficiencia 1.2. Temperatura Efectiva 1.3. La velocidad del aire

1 2 3 6

CAPITULO II 2. Gases 2.1. Clasificación de los gases en las minas 2.1.1. Gases Esenciales 2.1.2. Sofocantes 2.1.3. Tóxicos o Venenosos 2.1.4. Explosivos o Inflamables 3. Polvos 3.1. Clasificación de los Polvos 3.1.1. Polvos de Acción Pulmonar 3.1.2. Polvos Tóxicos 3.1.3. Polvos Radiactivos 3.1.4. Polvos Explosivos 3.2. Fuentes Generadores de Polvo 3.3. Formas de Control de Polvos 3.4. Captación de Polvo en Seco: Limpieza y Recirculación 4. Ley de Graham 5. Bibliografia

12 12 12 12 13 13 13 14 14 14 14 15 15 15 16 18 22

INTRODUCCION

El presente trabajo tiene por finalidad evaluar y analizar los parámetros TermoAmbientales de aire en interior Mina Subterránea con el objeto de poder clasificar las condiciones Termo-Ambientales en que se desarrollan las diversas operaciones mineras. Los parámetros a evaluar, centralmente son: Temperatura Seca, Temperatura Húmeda y Humedad Relativa del Aire; además, con las Temperaturas Seca y Húmeda Medida en Terreno, más la velocidad del aire en galería, es posible obtener la Temperatura efectiva de dicho Aire Subterráneo.

CAPITULO I Atmósfera de Mina Está formado por el aire que ingresa a la mina a través de una o más vías, que recorre todas las labores y sale al exterior. 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 un aumento del vapor de agua. Existe generación de otros gases y polvos que también se suman a esta nueva composición La cantidad de oxígeno consumida por los seres humanos depende de la actividad de trabajo. Grado de actividad

CO2

Resp./

Aire

Aire inhalado Oxígeno

cc/min

min

inhalado

por min. /cc.)

/resp. (cc.) En reposo

320

consumido x min (cc.)

16

500

8 000

330

Actividad Moderada 1 920

30

1600

48 000

1 980

Actividad Intensa

40

2500

100 000

3 960

4 000

Una persona en actividad moderada: 1.6 litros por respiración que contiene 21% de oxígeno y 0.03% de CO2; y expira 16% de oxígeno y 4% de CO2. Según reglamento: Concentración mínima permisible: 19.5% de oxígeno y CO2 ≤ 0.5%.

CAUSAS DE CONSUMO DE OXIGENO: 1.-Respiración de los hombres. 2.-Equipos de combustión interna 3.-Disparos e incendios (explosivos nitrosos, anfo). 4.-Descomposición de sustancias o materias minerales y/u orgánicas. 5.-Presencia de aguas estancadas.

6.-Operaciones básicas de la explotación. 7.-Empleo de lámparas de carburo(C2 H2 ). 8.-Talleres de soldadura y otros(humos nitrosos).

CAPACIDAD DE TRABAJO Y EFICIENCIA Rendimiento = f (condiciones ambientales) = n

Productividad. Seguridad.

f (n)

Costo de operación.

La capacidad de trabajo del hombre está limitada por la capacidad de enfriamiento del aire que lo rodea. 2

El Kata termómetro toma lecturas directas de “he” expresados en m cal / cm /seg.

Necesidad de cuantificar el concepto de “ Bienestar “ Tipo de trabajo

2

he (m cal / cm /seg)

Sedentario

16 - 20

Ligero

20 - 30

Arduo

30 - 35

Temperatura Efectiva (Te) Permite medir el grado de bienestar que experimenta el cuerpo humano en ciertas condiciones de temperatura, humedad relativa y velocidad del aire circulante. Varias combinaciones de t, H.R. , y velocidad del aire pueden producir el mismo valor de

te. No existe una relación matemática entre “he” y “te”, a pesar de ser ambos indicadores de un mismo fenómeno.

La depresión del bulbo húmedo (ts - th) : Es también un buen parámetro para medir el grado de bienestar que ofrece el ambiente de trabajo, ya que mide la capacidad que tiene el aire para absorber la humedad generada por el cuerpo humano.

La velocidad del aire (Va): Es también un factor importante para medir el grado de bienestar y combinada con los anteriores, permite hallar te.

Si ts 36.5 ºC (temp. Del cuerpo)

Va = 1 – 2 m / seg. (mina seca) Va = 2 – 3 m / seg. (mina húmeda)

Conclusiones:

1. El bienestar es una sensación que depende de factores objetivos (temperatura, humedad, velocidad del aire) y subjetivas (grado de aclimatación de la persona). 2. Ninguno de los factores objetivos, considerado individualmente, puede reflejar el grado de bienestar del ambiente. 3. La medición de cada uno de los factores permite combinarlos y obtener una medida objetiva de las condiciones de trabajo existentes. 4. La temperatura de bulbo seco, la de bulbo húmedo y la velocidad del aire, son parámetros que se pueden medir fácilmente y son los que mejor definen las condiciones ambientales existentes. 5. Dados estos tres parámetros, se pueden calcular he ó te, siendo te la más utilizada y difundida, y la que recomienda el Reglamento de Bienestar y Seguridad Minera en el Perú.

MEDICION DE LA VELOCIDAD 1.- Tubo de humo. Permite determinar en forma rápida la dirección y velocidad de flujos lentos de aire (V< 35 mts./min)

Componentes : Pera aspirante a la cual se conecta el tubo de humo. Tubo de humo, tubo plástico transparente flexible que contiene en su interior dos ampollas de vidrio selladas herméticamente, una contiene piedra pómez granulada y la otra posee cloruro estánnico fumante. Al presionar el tubo plástico se rompen las ampollas de vidrio y al hacer pasar el aire a través de ellas, se forma humo blanco de oxido estánnico y clorhídrico en presencia de la humedad del aire. Para determinar la velocidad del aire con el tubo de humo, se mide en una galería de sección uniforme una distancia menor o igual a 5 mts.

d = v * t ; v = d/t Luego se suelta la nube de humo y se toma el tiempo que demora en recorrer la distancia conocida o establecida. Criterio de Medición: a.- Medición central: Conviene hacer varias mediciones para una mayor exactitud, luego se saca una velocidad promedio.

Vm = ∑ Vi/n Como la velocidad fue tomada en el centro de la labor y sabemos que la velocidad cerca de las paredes es más lenta, se debe castigar: Vreal = 0.8 * Vm b.- Cuadrantes : Para una mayor exactitud se recomienda dividir la sección de la labor en cuadrantes para obtener un promedio. Para cada cuadrante se hacen nubes en el centro y se toman varias mediciones.

VmI, VmII, VmIII, VmIV Vm = ∑ VmK/4 Luego:

Vr = 0.9 * Vm

Se deben medir las áreas en los diferentes puntos y se calcula el caudal de la siguiente forma: Q =Vr * ∑ Ai 2.- Anemómetro de Paleta.

Mecánico : Es un pequeño aeromotor, que posee una rueda alada de aluminio, cuyo número de revoluciones es proporcional a la velocidad del aire, impulsa un mecanismo indicador, que posee una graduación que permite registrar el camino recorrido por el aire en un cierto tiempo de medición. V = Lectura del instrumento (pies o mts) tiempo controlado (min) El tiempo va de 1 a 4 minutos. El rango va de 9 a 1500 mts/ min Digital : Tiene un rango de 50 a 6000 ft/min o de 0.2 a 30 mts/seg. Criterio de medición: a) Método lectura central: El anemómetro se ubica en el centro de la labor y se realiza una sola medición durante un minuto. El resultado de la medida debe castigarse en un 20 % para obtener la lectura real. Vel. Medida = Vm = D/T 2

Vel real = 0.8 * Vm (recomendable para labores menores o iguales a 4 mts .) b) Método de lectura traversa : Utilizado para labores mayores a 4 mts ventilación donde va aire fresco.

2

y labores de corrientes principales de

B 1.- Traversa continua: Consiste en planificar un recorrido por toda la sección. Este movimiento se hace lentamente y los cambios de posición, en forma perpendicular al flujo. Se debe tomar o controlar el tiempo de barrido y se debe llegar a unos 10 cms de las cajas. Vr = Vmedicion * ( S - 0.4 ) S La fórmula indicada es para labores mayores a 2 mts. de altura en la cual se utiliza varilla de extensión y el operador se ubica al costado del instrumento lo más 2

escondido posible (S : sección de la labor mts ). Vr = Vmedición * 1.14

Esta fórmula es utilizada para labores menores a 2mts. de altura. El operador se ubica frente a la corriente (Anemómetro en la mano). La ecuación general para determinar el caudal de aire en cualquiera de las dos situaciones estará dado por: Q= S * Vr B 2.- Traversa discontinua: b.2.1 Método del reticulado : Se divide la sección de 8 @ 24 cuadrados y en cada uno de ellos se hace una medición central (tiempo 1 min). Vm = ∑ Vmi/n Vr = (0,95)*Vm b.2.2 Método Posicional. (Discontinua). En cada punto de medida se mantiene el anemómetro durante un tiempo breve predeterminado (10 - 12 sgs). Tiempo máximo 2 minutos. Si el número de posiciones es igual a 12 , entonces t = 10seg. Vm = distancia acumulada / tiempo acumulado ; Vr = (0,95)*Vm b.2.3 Método Cardinal Vm = Vm1 + Vm2 + Vm3 + Vm4 4 Vr = 0.97 * Vm ; Vm = promedio de las mediciones hechas en cada punto.

Anemómetro de rueda con varilla de extensión

3.-

Tubo Pitot

Se utiliza para velocidades altas entre 180 a 3000 mts/min, generalmente en el caso de ductos. Se utiliza con manómetro en U para v > 800 mts / min.(800 a 3000) Se utiliza con manómetro de tubo inclinado para velocidad < a 800 mts/min (180 a 800) Se debe determinar la presión dinámica = Pd = Pv 2

Pd = (v * ρaire )/ 2 ; Pd = ρagua*g*h

V

2*h*g aire

donde : v = m/seg 2 g= 9.8 m/seg 3 ρ = kg/mts h = mm H2O

a).- Método de lectura central: Vm = ∑ Vi / n ; Vr = 0.9 * Vm

observación : Poco preciso a velocidades menores a 4 mts/seg. Y muy exacto a velocidades mayores a 8 mts/seg

b).- Método polar:

donde : r = radio del ducto N = Número de circunferencias concéntricas N°TAPONES

EJES

K

1

1

2

2

2

4

X = Representa la identificación de la circunferencia . X = 1, 2 ,3 ,4 ,N desde el centro de la circunferencia hacia fuera Número de circunferencias

N

Radio de cada circunferencia

Mediciones K

ri

r

2*i 1 8

CAPITULO II GASES Es de vital importancia conocer y vigilar los gases que se producen durante la explotación de la mina, ya que variaciones por sobre las concentraciones normales, pueden derivar en desastrosas consecuencias CLASIFICACION DE LOS GASES EN LAS MINAS : 1.- GASES ESCENCIALES : Indispensable para la vida del hombre 

 Aire atmosférico   Oxígeno. 

2.- SOFOCANTES : Estos producen ahogos y en altas concentraciones pueden producir la muerte.  

 N2   CO2 > 15 % Fatal.   CH4 

C2H2(Acción del agua sobre el carburo de calcio, olor a ajo). 3.- TOXICOS O VENENOSOS : Nocivos al organismo por su acción venenosa .   

 CO   Humos Nitrosos (olor y sabor ácidos).   Hidrógeno Sulfurado H2 S (olor a huevos podridos).   Anhídrido Sulfuroso SO2 > 15 % FATAL. 

4.-EXPLOSIVOS O INFLAMABLES : En altas concentraciones forman mezclas explosivas con el aire.  

 Metano : CH4 (2% puro - 0.75% mezclado).   Monóxido de carbono: CO (13 - 75%)   C2 H2, H2 S ( 2.5 – 80 % inflamable y explosiva , > 6% respectiv.) 

Límite Permisible -

Nitrógeno

( 80% )

-

Oxígeno

( 19.5% )

-

CO2

( 0.5% ó 5000ppm)

CO

( 0.005% ó 50 ppm)

Óxido de Nitrógeno

( 0.0005% ó 5 ppm)

SO2

( 0.0005% ó 5 ppm)

-

*(*)

-

(*)

-

(*)

-

*(*)

H2S

( 0.002% ó 20 ppm)

-

*

CH4

( 0.5% ó 5000 ppm)

siendo :

(*) gases tóxicos ;

* gases explosivos.

POLVOS El polvo de las minas es un conjunto de partículas que se encuentran presentes en el aire, paredes, techos, y pisos de las labores mineras. Cuando el polvo se encuentra en el aire, forma un sistema disperso llamado " AEROSOL". El polvo puede permanecer en el aire durante largo tiempo, dependiendo de varios factores, entre los cuales están : tamaño, finura, forma, peso específico, velocidad del movimiento del aire, humedad y temperatura ambiental

1.- El polvo de tamaño mayor a 10 us no se mantiene en suspensión en las corrientes de aire por mucho tiempo, por lo tanto, se deposita fácilmente. 2.- El polvo de tamaño menor a 10 us queda en suspensión por un prolongado tiempo. 3.- Si la partícula es ultramicroscópica, de diámetro menor a 0.1 u, al igual que las moléculas de aire, no se depositan, encontrándose en un movimiento Browniano. 4.- Las partículas de polvo de consecuencias patológicas y combustibles están predominantemente bajo 10 us de tamaño. 5.- Los polvos mineros e industriales tienen característicamente un tamaño medio en el rango de 0.5 a 3 us. La actividad química aumenta con el tamaño decreciente de las partículas.

CLASIFICACIÓN DE LOS POLVOS SEGÚN SU NOCIVIDAD a) Polvos de acción pulmonar: Dañinos al sistema respiratorio, producen la enfermedad conocida como Neumoniosis. Entre las más comunes tenemos: Silice: Produce Silicosis, dentro de este tipo de polvo tenemos: cuarzo, tridimita, cristobalita. Silicatos: Produce Silicatosis, dentro de estos polvos tenemos: asbesto, talco (Silicato de Ca y Mg), mica, silicato de aluminio. Carbón: Produce la Antracosis (Antracita) Mineral de berilio y fierro: Produce la Siderosis Gráfito: Produce Neumocosis por grafito. Oxido de Zinc: Produce Neumocomiosis benigna por ZnO Estaño: Estañosis. Bario: Baritosis. b) Polvos Tóxicos: Envenenan tejidos y órganos. Los más frecuentes son los óxidos y carbonatos de: Mercurio, manganeso, arsénico, plomo, antimonio, selenio, niquel, etc. c) Polvos radiactivos: Ocasionan daños por radiación. Entre estos podemos mencionar: Polvos de uranio, torio, plutonio, etc.

d) Polvos explosivos: Combustibles con el aire, producen explosiones: Carbón (bituminosos, lignitos), polvos metálicos (magnesio, aluminio, Zinc, estaño, Hierro ) obs.: El polvo de antracita no es explosivo. FUENTES GENERADORAS DE POLVO. En toda labor minera ya sea subterránea o a cielo abierto se crea gran cantidad de polvos, donde las fuentes principales son: 1.- Perforación en seco. 2.- Disparos. 3.- Desquinches 4.- Disparos secundarios 5.- Carguío y transporte 6.- Traspaso de mineral 7.- Descarga de material de un equipo a otro o a piques de traspaso 8.- Chancado, etc. NOTA : El nivel de polvo creado por cada operación varía en función de la intensidad, duración de la actividad, condiciones naturales. FORMAS DE CONTROL DE POLVOS. 1.- Prevención. Modificar operaciones (operación mecanizada). Reducir formación de polvo con equipo de polvo. 2.- Eliminación. Limpiar labores para eliminar polvo asentado. Depuración del aire con colectores de polvo. (limpieza del aire con filtros) 3.- Supresión. Infusión con agua o vapor, previo al arranque. Apaciguamiento con rociado de agua.

Tratamiento de polvo asentado con productos químicos delicuescentes. (que absorben humedad del aire), ej. Cloruro de calcio. 4.- Aislamiento. Voladura restringida o con personal afuera. Encerramiento de operaciones generadoras de polvos. Sistemas de aireación local o aspiración local. 5.- Dilución. Dilución local por ventilación auxiliar. Dilución por corriente de la ventilación principal. Neutralización por polvo inerte para disminuir contenido combustible del polvo asentado. Ej ; Minas de carbón se utiliza caliza, dolomita, anhidrita Prevenga que el polvo llegue a suspenderse en el aire. CAPTACIÓN DE POLVO EN SECO : LIMPIEZA Y RECIRCULACIÓN. a) Ciclones : Se instala una batería de ciclones para eliminar la circulación de polvo depositando las partículas más gruesas en el fondo y las más pequeñas deben ser captadas por algún otro sistema. Se destaca que estos ciclones no eliminan partículas menores a 20 us, por esto, los ciclones se reemplazan o complementan por otros dispositivos capaces de retener partículas más finas. b) Filtros de mangas: A través de mangas de tela filtrantes se renueva el aire que ingresa por un ventilador acumulándose el polvo que este trae al momento de entrar al ventilador, la velocidad de filtrado es de 25 pie/min. c) Precipitador Electrostático.(Cotrell) : La mayor ventaja de este dispositivo es que tiene una eficiencia de 99% y más , pero a la vez es un equipo que tiene un costo de operación y de instalación demasiado alto. El precipitador funciona a base de cargas electrostáticas que se inducen por la acción de un campo eléctrico, es decir consta de dos superficies cargadas con signo contrario . d) Empleo de máscaras antipolvo.

e) Ventilación GENERACION DEPOLVOS

VELOCIDAD DEL AIRE (mts/min)

TIPO DE LABOR O ACTIVIDAD

ESCASA

18

LABORES DE DESARROLLO

MEDIA

20-30

LABORES CON SCRAPERS, PARRILLAS

ALTA

35-50

LABORES CON LHD, LUGARES DE DESCARGA

MUY ALTA

MAYOR A 50

LABORES DE RETORNO

Ley de GRAHAM:

La tasa de difusión de un contaminante gaseoso es proporcional a la raíz cuadrada de la relación entre la densidad del aire y del gas contaminante.

dc dt

a c

Dilución de Contaminantes: Q (aire limpio) C=0VC

Q Volumen de aire limpio que ingresa en t de contaminante eliminado en t

Q x t Volumen

QxCxt

Variación del volumen de contaminante en un momento cualquiera: - Q x C x t Variación de la concentración del contaminante en un momento cualquiera: -QxCxt=cV

Para t = 0

C = Co

C = Co * Q x t = n ( de veces que se cambia el aire) V

Cuando el aire que ingresa al espacio a ventilarse contiene contaminantes y además hay generación de contaminantes en el interior del espacio, se tendrá: Ci Q

V C G Co Q El volumen de aire que ingresa en t será: Q x t El volumen de contaminante que ingresa será: Q x Ci x t El volumen de contaminante que sale será: Q x C x t El volumen de contaminante generado será: G x t

Donde Ci y C están expresados en % ó en ppm y G en las mismas unidades que Q.

La variación de volumen de contaminante en un momento cualquiera estará dado por: V x C = Q x Ci x t + G x t - Q x C x t

Se sabe que para t = 0

C = G + Ci x 1 - e Q

- Qt / V

C = Co

+ Co x e

- Qt / V

BIBLIOGRAFIAS:    

Apuntes de Atmosfera Minera, Ing. Francisco Morales http://es.wikipedia.org/wiki/Ventilaci%C3%B3n_de_minas http://www.lawebdelminero.es/la_puta_mina/el_carbon/atmosfera_de_la_mi na.htm http://www.asturiasminera.es/atmosfera-de-mina/