VENTILACION

VENTILACION

EL AIRE DE MINAS Y SUS CONTAMINANTES

1. El Aire2. Gases de Minas 3. Polvo de Minas 4. Conceptos de Toxicologa 5. Concentraciones Ambientales Mimas Permitidas 6. Clima Subterrneo 7. Medicin de Contaminantes

PROPIEDADES FISICAS DEL AIRE

1. Parmetros Bsicos 2. Leyes Bsicas 3. Humedad del Aire 4. Movimiento Laminar y Turbulento 5. Determinacin de Algunos Parmetros 6. Teorema de Bernoulli

RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL AIRE1. Teorema de Bernoulli 2. Cada de Presin

CIRCUITOS DE VENTILACION 1. Unin en Serie 2. Unin en Paralelo 3. Unin en Diagonal 4. Circuitos Complejos 5. Resolucin de Circuitos de Ventilacin

VENTILADORES DE MINAS 1. Historia del Desarrollo del Ventilador de Minas 2. Partes Importantes de un Ventilador 3. Clasificacin 4. Formulas Fundamentales 5. Leyes del Ventilador 6. Comparacin de Tipos de Ventiladores 7. Curvas Caractersticas 8. Resolucin de Circuitos con Ventilador

CAUDAL DE AIRE 1. Clculo de Caudal de Aire 2. Distribucin del Aire en el Sistema de Ventilacin 3. Prdida de Aire en los Circuitos

REGULACION DE CIRCUITOS1. Clculo de Longitud de Galera a Concretar 2. Clculo del Largo necesario para bajar la Resistencia Modificando el Area3. Clculo del Largo necesario de Galeras en Paralelo para Reducir la resistencia4. Determinacin del Tamao de un Regulador

VENTILACION NATURAL1. Generalidades 2. Ventilacin Natural en Mina Ideal 3. Ventilacin Natural en Mina Real 4. Valores de la Depresin Natural

VENTILACION AUXILIAR1. Definiciones 2. Tipos Bsicos 3. Aplicacin de los tipos Bsicos 4. Descripcin de Ductos 5. Influencia del Dimetro de la Ductera en el Gasto de Energa 6. Importancia de las Fugas de Aire 7. Instalacin de Ductos y Defectos ms Frecuentes en sus Tendidos y Uniones 8. Ventiladores Auxiliares 9. Clculo de un Sistema

CONSIDERACIONES DE COSTO DE VENTILACION1. Generalidades 2. Tipos de Galeras v/s Costo de Operacin 3. Diseo Econmico de Galeras 4. Clculo de una Galera Econmica

INCENDIO Y GENERACION DE HUMOS, GASES Y CALOR 1. Generalidades 2. Procedimiento de Emergencia 3. Control de la Ventilacin en caso de Incendio

ACONDICIONAMIENTO DEL AIRE SUBTERRANEO

CAPITULO IEL AIRE DE MINAS Y SUS CONTAMINANTESEL AIRESiendo el aire un fluido bsico de la vida; el cual, al pasar por una mina se altera, su composicin cambia; se define como una mezcla mecnica de gases que, en su estado puro y seco tiene la siguiente composicin:

COMPOSICION DEL AIRE SECO

GAS% en volumen% en peso

Nitrgeno - N278,0975,53

Oxgeno - O220,9523,14

Anh. Carbnico - CO20,030,046

Argn y otros0,931,284

Debe tenerse presente que el aire seco no existe en atmsferas normales. El aire normal es aire hmedo, con contenidos de vapor de agua que varan de 0,1 a 3% en volumen. (en las minas generalmente excede el 1%).

El aire es incoloro, inodoro, sin sabor y sustenta las combustiones y la vida.

1.1 Aire de minas.

Como se dijo, el aire sufre cambios en el interior de una mina: la cantidad de oxgeno disminuye, el anhdrido carbnico aumenta, como tambin la cantidad de nitrgeno y vapor de agua. Adems se agregan al aire diversos gases y polvos. Se considera que el aire de mina se compone de: aire atmosfrico, gases activos (gases explosivos o nocivos que se forman en el interior de la mina) y aire muerto (mezcla de anhdrido carbnico 5 al 15% y nitrgeno 95 a 85%) que puede estar presente en el aire de las minas en una dcimas hasta algunas unidades de por ciento, llamado "soroche". 1.2 La respiracin humana.

La razn primordial para proveer aire limpio y con adecuado contenido de oxigeno es la sustentacin de la vida humana. Como sabemos el sistema respiratorio permite proporcionar oxgeno a la sangre y eliminar anhdrido carbnico. Este constituye una impureza que debe ser controlada y que, si bien es cierto que no es txica, como vamos a ver ms adelante, sobre cierta concentraciones produce graves trastornos en la vida humana.

El ritmo y el volumen de la respiracin y por consiguiente el consumo de oxgeno se incrementan con la actividad fsica del sujeto, como lo indica la tabla que ms adelante se presenta. Ntese que la capacidad respiratoria de un individuo (el volumen de aire inhalado) es varias veces superior al oxgeno consumido.

Antes veamos la composicin general del aire exhalado:

N2 : 79%O2 : 16%CO2: 5%

1.3 Cuociente respiratorio (CR). Es la razn entre CO2 expelido con el oxgeno consumido, en volmenes:

CR=CO2 expelido

O2 consumido

Este "Cuociente Respiratorio" tiene la importancia de relacionar al oxgeno con el anhdrido carbnico y de esta forma, tener un ndice que nos entrega una luz sobre el esfuerzo que hace el organismo humano. A medida que el Cuociente Respiratorio se acerca a la unidad significa que el esfuerzo que la persona est realizando es mayor. Por otro lado, un Cuociente Respiratorio lejos menor que "1" establece a una persona en reposo.

INHALACION DE OXIGENO Y AIRE EN LA RESPIRACION HUMANA

ACTIVIDADREPOSOMODERADAMUY VIGOROSA

Ritmo respiratorio por minuto,12 - 13040

Aire inhalado por respiracin m3/seg. x 103,5 - 1346 - 5998

Oxgeno consumido en m3/seg. x 10-6,4,7033,0447,20

Cuociente respiratorio "CR",0,750,901,00

1.4 Cantidad de aire requerido.

Con los datos de la tabla puede calcularse la cantidad mnima de aire requerido para el proceso respiratorio. Puede tomarse como punto de partida una u otra de las siguientes condiciones:

1) el contenido de oxgeno ser diluido por debajo del lmite recomendado de seguridad; 2) el contenido de dixido de carbono se elevar por encima del umbral lmite. Considerando cada paso por separado.

Dado: Contenido mnimo permisible de oxgeno = 19,5% (segn norma de los E.E.U.U. de Amrica).

Se pide: Calcular el caudal de aire requerido Q en m3/seg. para una actividad vigorosa.

Solucin: La demanda de oxgeno, en actividad vigorosa, es de 47,20*10-6 m3/seg. Se establece el siguiente balance del flujo de oxgeno:

Contenido de oxgeno en el aire de entrada,(menos)Oxgenogastado en respiracin(igual)Contenido de oxgeno en el aire de salida

0,21 Q-47,20*10-6=0,195 Q

Q = (47,20*10-6) / (0,21 - 0,195) = 0,003 m3/seg.

Dado: Contenido mximo de = 0,5 %

Se pide: Caudal Q en m3/seg. para una actividad vigorosa.

Solucin: para actividad vigorosa se acepta cuociente respiratorio, CR= 1; por tanto:

CO2=1*47,20*10-6 m3/seg.

=47,20*10-6 m3/seg.

EL BALANCE DEL CO2

Cantidad de CO2 en el aire de entrada(ms)Cantidad de CO2 expelido en la respiracin(igual)Cantidad de CO2 en el aire a la salida

0,00030Q+47,20*10-6=0,005 Q

Q=47,20*10-6=0,01 m3/seg.

0,005 - 0,0003

Estos clculos nos muestran que se requiere ms del triple de aire para mantener el contenido de bixido de carbono bajo 0,5 % que para tener el contenido de oxgeno por encima del 19,5%. En consecuencia, el requerimiento ms exigente es el de bixido de carbono.

En caso de necesidad, el hombre puede sobrevivir an con menor aire (siempre que el contenido de oxgeno no baje del 16%), pero la atmsfera se vuelve luego intolerable si el oxgeno es insuficiente o el CO2 es excesivo. La prctica industrial recomienda de 280 a 840 lt/min por persona en edificios. De aqu se desprende que aproximadamente 560 lt/min de aire fresco por hombre es todo lo requerido para mantener una atmsfera sana. El reglamento de Seguridad Minera establece que se requiere de 3 m3 por minuto por hombre (3.000 lt/min), considerando un factor de seguridad adecuado al tratarse de ventilacin de minas, donde es posible que mucho aire se pierda.1.5. Deficiencia de oxgeno.

El control de calidad de los gases de mina, se relaciona tambin con el problema de la deficiencia de oxgeno. Esta puede ser causada por:

1) Introduccin de un gas diluyente2) Desplazamiento del oxgeno3) Una combinacin de ambos procesos.

La causa ms grave de deficiencia de oxgeno es la dilucin, que ocurre cuando un gas ajeno se introduce en la atmsfera de la mina, reduciendo as el % del 02 en el aire y crea de por si un riesgo. Estos gases ajenos provienen de los estratos del depsito o de las formaciones adyacentes.

1.6. Caracterstica del oxgeno.

Es un gas que no tiene olor, color ni sabor; su peso especifico es de 1,11 con respecto al aire.

Es el gas presente en el aire que sustenta la vida y la combustin. El hombre respira mejor y trabaja ms fcilmente cuando el aire contiene alrededor de 21% de oxgeno, que es la cantidad normal que contiene la atmsfera al nivel del mar. Puede vivir y trabajar donde haya menos oxgeno.

En la siguiente tabla se ha colocado los efectos que la disminucin del oxgeno en el ambiente produce en los individuos, debemos considerar que todos estos antecedentes relacionan los porcentajes del oxgeno con la altura desde el nivel del mar, tomando en cuenta situaciones normales.

EFECTOS DE LA DEFICIENCIA DE OXIGENO.

Contenido de OxgenoEfectos

17 %Respiracin rpida y profunda. Equivale a 2.500 m.s.n.m.

15 %Vrtigo, vahido, zumbido en odos, aceleracin latidos.

13 %Prdida de conocimiento en exposicin prolongada.

9 %Desmayo e inconsciencia.

7 %Peligro de muerte. Equivale a 8.800 m.s.n.m.

6 %Movimientos convulsivos, muerte.

Cuando la ventilacin es deficiente, el aire de diversos lugares de la mina puede tener poco oxgeno y mucho anhdrido carbnico. Algunos pases recomiendan que se considere que el aire de la mina es inapropiado para que lo respire el hombre cuando aquel contenga menos del 19% de oxgeno.

La llama de una vela encendida o una lmpara de seguridad de llama se apagar cuando el aire contenga menos 16,25% de oxgeno. Pero, al exponerse a concentraciones entre 16,25 y 12,5% de oxgeno la sangre no puede absorverlo plenamente, se afectan los centros superiores del cerebro y se perturba el juicio. Aunque el hombre no llega a perder el conocimiento sino hasta que el contenido de oxgeno queda por debajo de 12%, nadie deber intentar o permanecer en una atmsfera en la que no pueda arder la llama de una vela o una lmpara de seguridad, a menos que la persona lleve un aparato respirador autnomo.

El oxgeno puro a la presin atmosfrica (1,054 kg/cm2 al nivel del mar) puede inhalarse sin que surtan efectos perjudiciales entre 7 y 40 horas. La inhalacin de oxgeno a presiones ms elevadas causa sntomas en el sistema nervioso central llegando a producir, a veces, cesacin momentnea total de la respiracin.

Las principales causas de la disminucin del oxgeno del aire de minas son: proceso de oxidacin lenta de materias orgnicas (madera de minas, combustibles, etc.), desprendimiento de gases por las rocas, incendios, respiracin de personas, combustin de lmparas y motores etc.

2. GASES DE MINAS.

Conoceremos las principales caractersticas de algunos gases, los ms comunes, que se encuentran en el Aire de Minas.2.1. Origen de los gases.

En orden decreciente de importancia: Estratas, tronaduras, funcionamiento de mquinas a combustin interna, fuegos y explosiones, seres humanos y estaciones de carga de bateras.a) Gases de estrata. El ms comn es el metano. Se libera de 0,6 a 1,2 m3/min por m2 de superficie fresca de carbn expuesta. En las emisiones sbitas de gas, puede ascender hasta 120 m3/min.

b) Gases de tronadura. Las dinamitas se clasifican segn su emisin de gases al detonar. El fabricante de explosivos deber entregar los gases que resultan del uso de sus productos, sto tiene real importancia cuando se necesita efectuar clculos de dilucin de los gases por medio del aire.

PARA DINAMITAS PERMISIBLES

Clase de explosivosCantidad de gases(m3 por Kgr. De explosivo)

Amenos de 0,078

B0,08 - 0,156

C0,16 - 0,232

PARA DINAMITAS NO PERMISIBLES

Humos claseGases ponzoosos liberados

m3 / cartuchom3 / Kgr. exp.

1menos de 0,0045menos de 0,02

20,0045 - 0,0090,02 - 0,04

30,009 - 0,0190,04 - 0,08

Son dinamitas permisibles aquellas que pueden ser usadas dentro de minas de Carbn.

c) Mquinas de combustin interna. Pueden liberar gran cantidad de contaminantes, hasta 0,28 m3/min por caballo de potencia; estos gases son CO, NO2 aldehdos, humos, metano, y SO2.

La cantidad de impurezas indeseables varan con el ajuste de la razn de combustible de la mquina, su condicin mecnica, propiedades de combustible y condiciones atmosfricas.

d) Fuegos y explosiones. La combustin es generalmente incompleta en el caso de fuegos y explosiones, por lo cual, adems de bixido de carbono, pueden producirse monxidos de carbono, metano y otros gases. Los fuegos mineros son casi siempre sellados y el muestreo detrs de la tapadura indica cuando el fuego se ha sofocado y se ha llegado a un estado de equilibrio. Esto puede llegar a durar semanas o meses, pero si los sellos son impermeables al aire, la combustin terminar cuando se haya consumado el oxgeno disponible.

e) Respiracin humana. Como ya se indic, la respiracin libera aproximadamente 47,20 m3/seg. de dixico de carbono por cada trabajador.

f) Bateras. Desprenden pequeas cantidades de hidrgeno durante el proceso de recarga.

2.2. Tipos de gases.

Veamos las principales caractersticas de los ms comunes gases de minas, comenzamos por quien es el principal componente del aire puro.

Nitrgeno N2. Es un gas inodoro, incoloro e inspido, de peso especfico 0,97; levemente ms ligero que el aire, qumicamente inerte. Cuando se respira asfixia al ser humano de manera muy parecida como lo hace el agua, esto es a causa de falta de oxgeno.

Fuente de aumento del contenido de nitrgeno en el aire de minas son putrefacciones orgnicas, trabajo con explosivos, desprendimiento en los estratos de las minas metlicas.

Su deteccin se hace en forma indirecta al determinar el porcentaje de oxgeno en el aire.

Este gas, por ser levemente ms liviano que el aire, en las labores donde no existe movimiento de aire se concentra en las partes ms altas, cuando se est corriendo una chimenea y sta no se ventila convenientemente, el nitrgeno se concentra en la parte superior de la chimenea, desplazando al oxgeno, si una persona sube al llegar al extremo superior se asfixiar. Muchos accidentes graves han ocurrido por esta causa.

Anhdrido carbnico CO2. Gas sin color ni olor, con un sabor ligeramente cido, de peso especfico 1,53; se disuelve bien en agua.

Una particularidad del anhdrido carbnico es que su punto de fusin es de -57 C est por arriba del punto de ebullicin de -78,5 C, es de gran importancia para su uso industrial.

El anhdrido carbnico es un estimulante de la respiracin; por lo tanto es fisiolgicamente activo y no se le puede clasificar entre los gases inertes, aunque no es altamente txico. Su propiedad estimulante de la respiracin es aprovechada en algunos aparatos para respiracin artificial.

La presencia de un 0,5% de anhdrido carbnico en el aire normal causa un ligero aumento en la ventilacin de los pulmones; la persona expuesta a esta pequea cantidad de anhdrido carbnico respirar ms profundamente y ligeramente ms aprisa que estando en aire puro. Si el aire contiene 2% de anhdrido carbnico, la ventilacin de los pulmones aumentar en un 50 % aproximadamente; si el aire contiene un 5% de dicho gas, la ventilacin de los pulmones aumentar el 300%, haciendo que la respiracin sea fatigosa; y un 10% de anhdrido carbnico no puede resistirse ms de unos pocos minutos.

El anhdrido carbnico del aire, surte los efectos enunciados arriba si el porcentaje de oxgeno sigue siendo aproximadamente el normal y el hombre se encuentra en reposo. Si se encuentra trabajando los sntomas sern ms marcados y peligrosos.

Un bajo contenido de oxgeno en el aire y la temperatura por encima de los 27 C, aumentan los efectos del anhdrido carbnico.

El porcentage de anhdrido carbnico producido por la respiracin de los trabajadores es relativamente muy pequeo, con respecto al producido por otras fuentes. Por ejemplo, quinientos mineros trabajando al mximo producen 1,42 m3 de anhdrido carbnico por minuto. En el aire exhalado por el hombre hay algo menos de 4% de anhdrido carbnico.

Los mineros experimentados reconocen la presencia de anhdrido carbnico por el calentamiento de las piernas y de la piel que enrojecen, por dolor de cabeza y decaimiento general. Concentraciones mayores provocan tos, aceleracin de la respiracin y accesos de temblor.

El anhdrido carbnico se forma en las minas subterrneas durante la putrefaccin de la madera, descomposicin de rocas carbonatadas por aguas acidas, trabajo con explosivos, combustin, etc.

En puntos de deficiente ventilacin, las concentraciones de anhdrido carbnico resultan peligrosas, debido a su densidad, se acumula de preferencia en puntos bajos, desde donde se difunde solamente poco a poco en el aire ms puro de las zonas superiores.

Monxido de carbono CO. Es un gas sin color, sabor ni olor, dbilmente soluble en agua de peso especfico 0,97. Explota cuando se encuentra en el aire en un porcentaje de 13 a 75%.

Es el gas causante de ms del 90% de los casos fatales en los incendios de minas; su presencia en el aire no es comn, se obtiene mediante la combustin incompleta de cualquier materia carbonosa que se quema, es por esta razn que se le encuentra en los gases de escape de los motores de combustin interna y los gases generados por detonacin de explosivos. Basa su peligrosidad en la accin txica que ejerce en el hombre, an en bajas concentraciones.

Su accin txica sobre el hombre se debe a la gran afinidad qumica que tiene la hemoglobina de la sangre por l, de 250 a 300 veces mayor que el oxgeno. Si una persona aspira monxido de carbono con el aire, se combina este con la hemoglobina formando un compuesto qumico relativamente estable (carbohemoglobina). Con ello los glbulos rojos pierden su capacidad de admitir oxgeno. Este ya, no llega hasta los tejidos del cuerpo, producindose la muerte por falta de oxgeno. Por tal razn an pequeas concentraciones de monxido de carbono son peligrosas. A continuacin va una tabla que muestra los sntomas que se presentan en un hombre segn los porcentajes del gas.

% COSINTOMAS

0,02Produce dolor de cabeza despus de cuatro horas de exposicin.

0,04Produce dolor de cabeza y malestar en dos horas.

0,12En media hora produce palpitaciones del corazn tendencia a perder el equilibrio en una hora y media.

0,20Produce inconsciencia en media hora.

Evidentemente, la peligrosidad del monxido de carbono esta ntimamente ligada con el tiempo de exposicin ya que a mayor tiempo y con igual porcentaje del gas en el aire, mayor es la saturacin de la sangre, con una saturacin de la sangre de 70 a 80% proviene la muerte.

Acido sulfidrico H2S. Es un gas sin color, de gusto azucarado y olor a huevo podrido. Su peso especfico es de 1,19,Kg/m3, arde y forma una mezcla explosiva cuando su concentracin llega a 6%. Es fcilmente soluble en agua.

Es ms venenoso que el monxido de carbono, pero su caracterstico olor lo hace menos peligroso. Irrita las mucosas de los ojos y de los conductos respiratorios y ataca el sistema nervioso. Con un contenido de 0,05% de H2S produce un envenenamiento peligroso en media hora y con 0,1% rpidamente viene la muerte. Las concentraciones mximas permisibles de los lugares de trabajo que muchos de los pases fijan es de 0,002% por volumen durante una exposicin de ocho horas. Cuando una persona se encuentra envenenada por H2S, la sangre y la piel evolucionan a un color verdoso. El tratamiento a seguir en estos casos es el transporte inmediato de la vctima al aire fresco, sometindolo a respiracin artificial e inhalacin de oxgeno.Las fuentes de formacin del H2S en las minas son: putrefaccin de sustancias orgnicas, descomposicin de minerales, desprendimiento de las grietas (minas de sal, de asfaltita, etc.), disparos de explosivos (particularmente con combustin incompleta del explosivo, mecha).

Debido a su solubilidad en el agua, un litro de agua a 15 C admite 3,23 litros de H2S, hay que tener mucho cuidado cuando se encuentran acumulaciones de agua en partes antiguas de las labores de minas; si se pone en movimiento estas aguas, deja libre en parte el H2S que contenga.

En general, los accidentes originados por el H2S son raros.

Anhdrido sulfuroso SO2. Es un gas incoloro, sofocante, con fuerte olor sulfuroso; muy pesado, su peso especfico 2,26 Kg/m3; se disuelve fcilmente en agua.

Es fuertemente irritante de los ojos, nariz y la garganta, incluso en concentraciones bajas, y puede causar graves daos a los pulmones si se le inhala en altas concentraciones. En concentraciones superiores a 0,001% ataca a las mucosas y con 0,05% es peligroso para la vida. La legislacin de algunos pases da concentraciones mximas permisible para este gas de 0,0005%.

Es poco comn en el aire de las minas y cuando se encuentra lo hace en cantidades insignificantes. Se forma por combustin de carbones con fuerte contenido en azufre, durante la dinamitacin de ciertos minerales sulfurosos. En minas de pirita cuprfera, calientes y secas durante los disparos, pueden producirse peligrosas explosiones de polvo pirtico con formacin de mucho SO2.

Oxidos de nitrgeno. Estos xidos se forman en las minas por combustin, por combustin retardada y, en determinadas circunstancias, por detonacin de explosivos (especialmente cuando se usa AN-FO). Tambin son componente de los gases de escapes de los motores diesel y de gasolina y se forman por reaccin del oxgeno y el nitrgeno del aire en contacto con los arcos y chispas elctricas. Los xidos de nitrgeno se forman tambin por combustin o descomposicin de nitrato y materias nitratadas.

El nitrgeno forma varios xidos (N20, NO, NO2, N2O4, N2O3 y N2O5), todos ellos son txicos, menos el xido nitroso (N2O). Los xidos txicos de nitrgeno ms corrientes son el xido ntrico (NO) y anhdrido nitroso, que se presenta en dos formas (NO2 y N2O4), segn sea la temperatura reinante.

Cuando se analiza el aire en busca de xido de nitrgeno, los resultados se suelen darse en trminos del anhdrido nitroso.

Este gas es ms pesado que el aire, de un color rojo pardusco, este color no lo hace visible en lugares mal alumbrados como es el caso de la mina, tampoco es visible en concentraciones bajas. Su accin txica la ejerce en las vas respiratorias especialmente en los pulmones al disolverse en agua formando cido ntrico y nitroso que corroen los tejidos. Respirar cantidades pequeas de este gas puede resultar fatal. Los xidos de nitrgeno tienen un comportamiento engaoso respecto a su toxicidad, pues una persona que los respira puede rehacerse aparentemente y despus de varios das u horas morir repentinamente.

Un porcentaje de 0,0025% de xido de nitrgeno es el mximo permisible para exposiciones prolongadas; con un 0,2% es generalmente fatal en exposiciones cortas.

Gas gris. Es un gas compuesto principalmente por metano (CH4), conteniendo un promedio de 95%, los otros componentes son: anhdrido carbnico, nitrgeno, etano (C2H6), acido sulfrico y a veces hidrgeno y xido de carbono.

El metano es una de las impurezas ms peligrosas de la atmsfera de las minas, por su propiedad de formar mezclas explosivas con el aire. Las explosiones de metano han sido la causa de muerte de centenares de mineros del carbn.Debido a su poca reactibilidad qumica a temperatura normal, queda como nica medida prctica para su eliminacin, la buena ventilacin.

Por ser el metano casi dos veces ms liviano quel aire, su peso especifico es de 0,554 kgr/m3, se concentra en las partes altas de las labores mineras de atmsfera tranquila.

El metano, como el gris, se mezcla fcilmente con el aire. Para sanear la atmsfera de las labores, y en particular los avances ascendentes, por una corriente de aire limpio, es necesario que la corriente lame de cerca y con cierta velocidad los frentes, sobre todo el techo, para provocar la mezcla conveniente del gas que ha podido acumularse y eliminarlo diluido por la corriente que sale.

Las explosiones de metano por chispazo o aumento de la temperatura, dan mezcla de gas entre 5 y 16%, esta explosin se genera de acuerdo a la siguiente reaccin:

CH4 + 202 + 8N2------------>>CO2 +8N2 +2 H2O

La explosin de mayor fuerza se produce con la mezcla entre 9 y 9,5% de metano en el aire.

La combustin tranquila del metano se produce con mezclas de metano en el aire por arriba del 16%.

2.3. Clasificacin de los gases segn sus efectos biolgicos.

Los gases a presin y temperatura normal, como tambin los vapores provenientes de lquidos, se clasifican como sigue: Gases asfixiantesSimples (hidrocarburo, gases nobles, CO2, H2, N2);Qumicos (CO, HCN).

Gases irritantesPrimarios (HCl, NH3, SO2, Cl2, O3, NO2);Secundarios (H2S). Gases anestsicosPrimarios (parafinas, olefinas, esteres acetilnicos, aldehidos, cetonas)De efecto sobre las visceras (H.C.clorados)De efecto sobre el sistema hematopoyetico (H.C.aromticos)De efecto sobre el sistema nervioso (alcoholes, esteres, CS2)De efecto en la sangre y sistema circulatorio (nitro y amino comp. orgnicos).

3. POLVO DE MINAS.

El polvo de minas es un conjunto de partculas que se encuentran en el aire, paredes, techos y piso de las labores mineras. Cuando el polvo se encuentra en el aire, forma un sistema disperso llamado "aerosol", puede permanecer en l un largo tiempo, dependiendo sto de varios factores, a saber: finura del polvo, de su forma, peso especifico, velocidad del movimiento del aire, de su humedad y temperatura.

3.1. Suspensin de la partcula de polvo en el aire.

Para determinar el tiempo de suspensin de una partcula de polvo en el aire sin movimiento, se deben tomar en cuenta la interaccin de dos fuerzas: la gravedad de la partcula y la fuerza de resistencia del aire. Mientras mayor sea la fuerza de gravedad, la velocidad de cada de la partcula ser ms grande, al mismo tiempo, la fuerza de resistencia del aire crece. Cuando se trata de partculas menores de 10 micrones stas caern, desde cierto instante, con velocidad constante determinada por la ley de Stokes:

V=[2 * r2 *(d-d') * g]

9 *

Donde:V:velocidad de las partcula en cm/seg;r:radio de la partcula en cm;d:peso especfico de la partcula, gr/cm3;d:peso especifico del aire, gr/cm3;g:aceleracin de gravedad, cm/seg2;:viscosidad de aire inmvil, Poises.

Si consideramos que el peso especfico del aire es muy pequeo respecto al de la partcula, ste puede omitirse y colocando en la frmula g=981 cm/seg2; v=1,181*10-4 Poises; tendremos:V= 1,2 * 106* r2 * d, cm/seg.

De esta manera podemos saber el tiempo de cada de una partcula de cuarzo (d=2,5 gr/cm3) desde una altura de dos metros en el aire absolutamente inmvil, segn su dimetro:

DIAMETRO DE LA PARTICULATIEMPO DE CAIDA

micrn (m)

1002,6 seg.

104,4 min.

16,0 hrs.

Segn la misma frmula, una partcula de cuarzo de 5 micrones, cae en el aire tranquilo con una velocidad igual a 0,1 cm/seg. Si la partcula es ultramicroscpica, de dimetro menor a 0,1 micrn, al igual que las molcuales de aire, no se depositan encontrndose en un movimiento Browniano. Lgicamente, una partcula plana permanecer ms tiempo en el aire que una partcula esfrica de igual peso. De acuerdo al modo como son observadas las partculas, se clasifican en:

CLASIFICACIONVISIBLENIEBLAHUMOS

Dimetro (m)> 1010 -01< 0,1

Velocidad de caida en aire inmovilAceleradaConstanteInasentable

3.2. Comportamiento bsico del polvo.El polvo ocupa el segundo lugar entre los contaminantes del aire que preocupa al trabajo de minera subterrnea. El polvo tiene mucho en comn con los gases en cuanto a su modo de ocurrencia, comportamiento y control. Las suspensiones de cuerpos particulados en el aire son llamados "aerosoles". Entre estos tenemos los de importancia pulmonar.

Los siguientes principios bsicos de comportamiento son aplicables al control de las partculas:

a) Las partculas, ya sean slidos o lquidos, tienen caractersticas similares al estar suspendidas;

b) Las partculas de polvo de consecuencias patolgicas y combustibles estn predominantemente bajo 10 m. de tamao (1 micrn = 0,001 mm);

c) Las partculas mayores de 10 micrones no se mantienen en suspensin en corrientes de aire an de velocidad moderada;

d) Los polvos industriales y mineros tienen caractersticamente un tamao medio en el rango de 0,5 a 3 m.

La actividad qumica aumenta con el tamao decreciente de las partculas;

e) Los polvos por debajo de 10 m. que son los de importancia en la higiene industrial, casi no tiene peso o inercia y por esto pueden permanecer indefinidamente suspendido en la atmsfera. No se puede esperar su asentamiento;

f) El control de los polvos finos (bajo 10 m.) que estn en suspensin, requiere el control de la corriente de aire donde se encuentran. Este es el concepto bsico del control de polvo.

3.3. El Polvo como un aerosol.

Los aerosoles forman parte de los Agentes Qumicos, juntos a los Gases y Vapores. Los aerosoles pueden ser slidos o lquidos.

Los aerosoles slidos son los humos y el polvo. El roco y la niebla forman los aerosoles lquidos.

Atendiendo a su naturaleza, vale decir, segn si se trata de aerosoles slidos o aerosoles lquidos, estos pueden dividirse de la siguiente manera:

Polvos(Disgregacin),Inorgnicos- NeumoconigenosSilceosNo Silceos

- No NeumoconigenosMetalesMetaloidesSales

AEROSOLES SOLIDOS,Orgnicos- NaturalesVegetalesAnimal

- SintticosPlsticosResinasPesticidasDrogas, etc.

Humos(Condensacin)-Plomo (Oxidos) - Fierro (Oxidos)- Zinc (Oxidos)- Manganeso (Oxidos)

AEROSOLESLIQUIDOSRoco(Disgregacin) Sustancias puras Soluciones Suspensin

Nieblas(Condensacin) Sustancias puras Soluciones Suspensin

Los aerosoles se clasifican de acuerdo a sus efectos biolgicos como sigue:

Relativamente inertes : (ejemplo:. mrmol, yeso) Incomodidad e irritaciones menores.

Productores de fibrosis pulmonar : (cuarzo, asbesto) Nodulaciones y fibrosis en los pulmones. Productores de cncer : (ejemplo: asbesto, cromato, partculas radioactivas)Luego de 20 a 30 aos de latencia.

Irritantes qumicos : (Neblinas cidras y alcalinas)Irritaciones, inflamaciones, ulceraciones en V.R.S.

Envenenamiento sistemtico : (Pb, Mn, Cd, As)En diferentes partes del cuerpo.

Productores de alergia : (Polen, isocianatos, cauchos)Picazones, estornudos, asmas.

Productores de fiebre : (Zn, Cu)Escalofros, fiebre.

3.4. Polvos neumoconigeno.El polvo no txico contenido en el aire en cantidades importantes, irrita las vas respiratorias y los ojos, ataca a los pulmones y desorganiza las funciones del organismo humano en conjunto, provocando la enfermedad conocida con el nombre de "neumoconiosis". Segn la clase de polvo se dividen en:

Silicosis (tisis de minero), por slice libre. Silico-tuberculosis (complicacin de TBC por slice). Asbestosis, por asbesto. Silicatosis, por otros silicatos. Siderosis, por fierro o sus minerales. Antracosis, por carbn, incluyendo bituminosos y antracita.

3.5. Silicosis.Siendo esta neumoconiosis la enfermedad ms comn de nuestros mineros, ya que toda roca contiene slice libre, ser tratada ms extensamente.

La generacin de la enfermedad. La accin patolgica que produce el polvo de roca en los pulmones (alvolos) es bastante compleja y an no ha sido aclarada completamente. La ms conocida de las teoras explica la produccin de la silicosis por medio de la disolucin lenta, en el lquido de los tejidos de los pulmones de las partculas de slice, formndose cido silcico (H2SiO3) que acta qumicamente sobre los tejidos de los pulmones. Esta teora es conocida con el nombre de "Teora de la solubilidad".

Los pulmones tienen un medio de defensa, contra los cuerpos extraos, en los fagocitos o clulas devoradoras, cuya funcin es envolver los cuerpos extraos y transportarlos por caminos linfticos.

Cuando los cuerpos extraos son polvos de slice, en el caso de la silicosis, los fagocitos al atrapar este polvo mueren, dejndolo libre para que otra clula devoradora lo atrape y corra la misma suerte. De esta forma el polvo de slice cumple su accin nociva, se produce un tejido de unin gruesamente fibrosa, sin los capilares sanguneos, similar al tejido posterior de las heridas, por sto se le llama a este proceso "fibrosis".

De acuerdo a la gravedad de la enfermedad, se reconocen, en general tres grados de ella:

- Primer grado, malestar general, ahogo en el trabajo, leve tos seca;- Segundo grado, frecuentes dolores en el pecho, respiracin disminuida, tos seca o hmeda, disminucin de la capacidad de trabajo.- Tercer grado, ahogo an en reposo, tos con esputos, dolores en el trax, prdida total de la capacidad de trabajo.

Las formas dbil de la silicosis no producen incapacidad al dejar de trabajar en lugares contaminados; las formas adelantadas a veces progresan despus del trmino del contacto con el polvo; esta enfermedad se considera irreversible respecto a las modificaciones que provoca.

Factores bsicos. Los factores bsicos que determinan con su presencia la aparicin de silicosis son: Concentracin de polvo en el ambiente; Tamao, forma y composicin de las partculas; Tiempo de exposicin; Susceptibilidad individual. Concentracin de polvo en el ambiente. Casi todas las operaciones mineras son generadoras de polvo. Las operaciones que producen polvo se denominan "fuente primaria". Si lo agitan o dispersan, es "fuente secundaria". En la siguiente lista se han clasificado las operaciones en orden decreciente de su incidencia en el problema: (el signo "+" indica fuente mayor, "-" es fuente menor y "0", fuente sin importancia).

OPERACINFUENTE

PrimariaSecundaria

Tronadura++

Circado minera continua+-

Tiraje de chimenea-+

Perforacin+0

Paleo, carguo-+

Soplado de barrenos0+

Volcado de carros-+

Arrastre por scrapers-+

Descarga chutes de correas0-

Acarreo0-

Enmaderacin0-

Acuadura0-

El nivel de empolvamiento que es creado por cada operacin vara con la intensidad y duracin de la actividad y las condiciones naturales.

Luego de la composicin del polvo, la concentracin es probablemente el factor ms importante, es lgico suponer que mientras ms cargado de polvo est el ambiente, mayor ser la posibilidad de contraer la enfermedad. En general, concentraciones superiores a 0,5 mgr/m3 de aire en el ambiente, se debe considerar como un lugar peligroso.

Tamao, forma y composicin de las partculas. Fisiolgicamente, las partculas pequeas, son ms dainas ya que su superficie y actividad qumica es muy superior, respecto a su peso.

Los polvos cuyo tamao es de 5 m. (0,005 mm) son altamente respirables y retenidas en los pulmones, siendo este tamao el que ms se encuentra en atmsferas de mina.

Las partculas se comportan de distintas formas, dependiendo de sus caractersticas geomtricas, densidad, tamao y medio ambiente.

Las partculas de polvo generalmente se imaginan esfricas, lo cual, como un criterio prctico es aceptado mundialmente. En otros estudios para evitar considerar la forma de las partculas, se define el dimetro de la partcula en trminos de la velocidad de sedimentacin, considerando de igual tamao aquellas que tienen similar velocidad, sin importar el volumen y forma.

Diferentes estudios se han realizado para definir el rango de tamao de partculas que queda retenida en el pulmn, naciendo diferentes criterios. Se muestra, en la siguiente figura, los criterios ms conocidos. Es aceptado por todos que el rango peligroso va entre 10 m. y 0,5 m. Tamaos mayores son retenidos en nariz - tranquea - bronquios- y los inferiores no se depositan si no que salen con el aire exhalado. En cuanto a la composicin, se debe tener claro que es ms importante la mineraloga que la qumica. En el caso del polvo silicgeno, para ser daino ste debe contener slice libre y fresca. Bien es sabido que la mayora de las rocas y yacimientos mineros contienen slice libre.

Dentro de la slice libre, la ms peligrosa es la tridemita, seguida de la cristovalita y luego el cuarzo.

Retencin en %

100908070605040302010

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Dimetro de las partculas en

Polvo respirable definido en Johanneburgo para partculas de densidad igual a la unidad. Polvo respirable definido por C.E.A. (Los Alamos). Polvo respirable definido por A.C.C.I.H. Retencin en vas respiratorias superiores segn Brown. Retencin alveolar segn Hath.

Tiempo de exposicin. Otro factor importante es el tiempo que el trabajador est en contacto con el ambiente cargado de polvo. Muy raros son los casos, de silicosis diagnosticadas en trabajadores que hayan tenido menos de 1 aos de exposicin. En ambientes mineros ms o menos controlados, recin se desarrollar la enfermedad en tiempos que van de 20 a 30 aos. Susceptibilidad individual. Este factor es el que permitir que un trabajador expuesto adquiere la enfermedad antes o despus de otros.

El cuerpo humano tiene un prodigioso sistema respiratorio que lleva aire y oxgeno a los pulmones y elimina productos de desecho. Aunque no est al aire fresco y normal, las defensas del organismo siguen funcionando para limpiar y purificar el aire:

Pelos de la nariz.Su primera lnea de defensa son los pelos interiores de la nariz, que atrapan partculas cuando se inhala.

Cilios.Los cilios, pelillos que tapizan el conducto respiratorio, pulsan 10-12 veces por segundo, moviendo as hacia atrs de la garganta, el mucus y las partculas, que uno traga o expulsa con la tos.

Membrana mucosa.Las vas respiratorias tienen una membrana mucosa que atrapa las partculas que pasan los pelos de la nariz. El movimiento ondulante de los cilios las arrastra a la parte posterior de la garganta.

Reflejos de la tos. La tos es un reflejo protector que expulsa la mucosidad y partculas extraas que se acumulan en el sistema respiratorio.

Respiracin normal.La nariz entibia, enfra y humedece el aire que uno respira. Las vas respiratorias superiores llevan aire a los pulmones. Las inferiores se ramifican y terminan en sacos de aire llamados alvolos, ah el oxgeno pasa a la sangre y los desechos vuelven a los pulmones para ser exhalados.

Cuando el polvo de slice libre llega al pulmn, se deposita en l y ocurre lo descrito anteriormente.

3.6. Ingeniera de control de polvo.Muchas de las medidas empleadas en el control del polvo son las mismas del control de gases. Las medidas siguientes se resumen en orden general de preferencias:

PrevencinModificar operaciones o mejorar prctica;Reducir formacin de polvo con equipo de polvo.

EliminacinLimpiar labores para eliminar polvo asentado;Depuracin del aire con colectores de polvo.

SupresinInfusin con agua o vapor, previo al arranque;Apaciguamiento con rociado de agua o espuma;Tratamiento de polvo asentado con productos qumicos delicuescentes (que absorben humedad del aire).

AislamientoTronadura restringida o con personal afuera;Encerramiento de operaciones generadoras de polvo;Sistema de aireamiento local;

DilucinDilucin local por ventilacin auxiliar;Dilucin por corriente de la ventilacin principal;Neutralizacin por polvo inerte para disminuir contenido combustible del polvo asentado. La regla cardinal de todo control de polvo debe ser recordada:

"PREVENGA QUE EL POLVO LLEGUE A SUSPENDERSE EN EL AIRE"

Cualquier esfuerzo gastado en controlar las materias particuladas antes de que lleguen a ser suspensiones areas, redundar en un control ms simple y econmico, tanto en la superficie como en el interior de las minas.4. CONCEPTO DE TOXICOLOGIA.

4.1. Definiciones. Toxicidad. Es la capacidad de una sustancia para producir un efecto inadecuado, cuando esta alcanza una concentracin suficiente en un cierto lugar del organismo.

Sustancias txicas. Sos gases, lquidos o slidos que por sus propiedades qumicas al ser inhalados, absorbidos o introducidos al medio interno y metabolizados, pueden producir daos o lesiones a un organismo vivo, pudiendo provocarle la muerte mediante procesos que no son mecnicos.

Riesgo. Es la posibilidad de que una sustancia peligrosa pueda causar una lesin, cuando una cantidad especfica de sta se emplea bajo ciertas condiciones.

4.2. Formas de toxicidad. Segn grado de exposicin:Aguda y subagudaCrnica [Acumulacin de Dosis. Suma de efectos]

Segn zona del organismo afectada:LocalSistmica

4.3. Algunos parmetros de toxicidad. DOSIS LETAL 50 = Cantidad de txico que causa la muerte al 50% de los individuos por va distinta a la inhalacin.

DL0 = 0 Muerto con mxima concentracin.DL100 = 100% de muertos con menor concentracin.

CONCENTRACION LETAL 50 = 50% muertos va inhalacin. DOSIS DERMAL 50 = 50% muertos por absorcin de txico va piel.

A la dosis se le debe indicar la especie y la va para que tenga validez.

TIEMPOS. Exposicin. Latencia: Perodo desde que se absorbe el txico hasta que se manifiestan sus efectos.Absorcin de dosis.

4.4. Niveles mximos permisibles. En Chile se conoce el:

LPP.: Lmite permisible ponderado, el cual est referido a una exposicin de 8 horas diarias, con un total de 48 horas semanales.

LPA.: Lmite permisible absoluto, el cual seala que no podrn excederse en ningn momento. Aquellas sustancias donde no se indican estos LPA ste se calcula multiplicando por 5 el LPP.

Legislacion:

D.S. N 745 "Reglamento sobre Condiciones Sanitarias y Ambientales Bsicas en los Lugares de Trabajo" Ministerio de Salud. Diario Oficial del 8 de Junio de 1993.

D.S. N 72 "Reglamento de Seguridad Minera". Ministerio de Minera, Diario Oficial de 27 de Enero de 1986. Considerando sus modificaciones.

5. LIMITES PERMISIBLES PONDERADOS DE CONTAMINANTES DE MINAS.

5.1. LPP de Gases.Segn la legislacin individualizada en el punto anterior, los LPP. y LPA. de los gases que principalmente se encuentran en la atmsfera de minas, se muestran a continuacin.

Los LPP. en este caso estn dados en p.p.m. (parte por milln) y, cuando la cifra est encerrada entre parntesis, est dada en mgr./m3 de aire.

GASCOMO SEGENERAEFECTO EN EL ORGANISMOLPPLPA

NitrgenoEn la atmsfera y emanaciones de rocasSofocamiento por falta de O2

Monxido de CarbonoDetonacin, combus-tin incompleta, incendiosExtremadamente venenoso a 0,2%40(46)458

Anhdrido CarbnicoDetonacin, com-bustin, respira-cin,Sofocante, peli-groso sobre 6%,4.000(7.200)54.000

AnhdridoSulfurosoAccin del agua sobre minerales sulfurosoVenenoso a 0,04%1,6(4)13

HidrgenoSulfuradoAccin del agua sobre minerales sulfuradosSumamente vene-noso

20(25)21

Oxido deNitrgenoDetonacin,combustinTxico, ataca los tejidos pulmona-res20(25)

MetanoProducto natural de yacimientos de car-bnSofocante, explo-sivo1 %1 %

5.2. LPP. Polvo silicgeno.

El mismo Reglamento anterior establece los LPP. para el polvo de minas que contiene slice libre. Se etablece que el LPP. para la slice cristalizada es de 0,08 mgr. de slice cristalizada por m3 de aire, considerando polvo respirable, o sea menor de 10 micrones. 5.3. Correccin por altura. Nuestra legislacin establece una correccin a los LPP. que se entregan en mgr./m3 dados por la siguiente frmula:

LPPh.= LPP * Presin atmosfrica en h/760donde:h es la altura sobre el nivel del mar donde se quiere determinar el LPP

Presin atmosfrica en h se da en mm. de Hg.

Esta correccin se aplica solo en alturas superiores a 1.000 m.s.n.m.

Por ejemplo, para una altura de 3.000 m.s.n.m. se tiene una presin atmosfrica de 523 mm. de Hg. El LPP. para el Monxido de Carbono ser:

h = 3.000 m.s. n. m. LPPh. = 46 * 523/760 = 31,66 mgr./m3

5.4. Correccin por jornada de trabajo superior a 48 horas semanales. Por los efectos de mayor dosis de txicos que recibe el trabajador cuando se labora en jornadas semanales superior a 48 horas, los LPP. se deben modificar conforme a la siguiente frmula:

LPP.=48*168 - h

h120

donde:h = nmero de horas trabajadas en la semana.

6. CLIMA SUBTERRANEO.

El clima dentro de las minas no presenta mayores preocupaciones en aquellas poco profundas, sin embargo cuando tiene profundidades mayores de 1.000 m. ste es un problema que debe ser atendido.

6.1. La Temperatura en las Minas.La temperatura del aire dentro de las minas depende de muchos factores de los cuales los ms importantes son los siguientes:

Influencia de la temperatura del aire exterior.La temperatura del aire exterior, que entra a una mina, oscila con el tiempo y depende de la regin. En verano el aire es ms caliente que el invierno.

La influencias de las variaciones de la temperatura exterior, frecuentemente se hace sentir a lo largo de todas las labores de una mina. En muchas minas cuando la temperatura exterior baja de los 0 C es necesario calentar el aire hasta +2 C para evitar congelacin del agua en las galeras de ventilacin, lo cual produce verdaderos reguladores que aumentan la potencia consumida de los ventiladores innecesariamente.

Influencia del calor de compresin.El calentamiento del aire durante su descenso en las minas se debe a su compresin. La temperatura del aire sometido a la presin atmosfrica esta dada por:

T = To + 0,0098 HDonde:T = temperatura a una profundidad igual a H m.To= temperatura en la superficie.H = profundidad en metros.La temperatura aumenta en 0,0098 C, por cada metro de profundidad, 1 C por cada 100 m. de profundidad o sea, a 1.000 m. de profundidad se tiene un aumento de la temperatura, por este solo concepto, igual a 10 C.

Influencia de la temperatura de las rocas. De la temperatura de las rocas depende como se calienta el aire durante su camino por la mina.

La temperatura de las rocas de las primeras decenas de metros, segn la vertical desde la superficie terrestre, cambia durante el ao en relacin con la temperatura del aire en la superficie y despus, al alcanzar la capa neutral de temperatura constante (aproximadamente de 20 a 40 metros en las latitudes medias), queda todo el ao igual.

A profundidades mayores, la temperatura de las rocas sube. El aumento es caracterizado por el "grado geotrmico" - profundidad en metros correspondiente al aumento de temperatura en un grado. En promedio se puede admitir el valor del grado geotrmico:

TerrenoG

Bituminosos y petrolferos10 - 15 m.

Carbonferos30 - 35 m.

Metalferos35 - 50 m.

El grado geotrmico vara en amplios lmites, segn las condiciones locales (composicin de rocas, presencia de agua, etc.).

El valor inverso del grado geotrmico es el gradiente geotrmico, que es la temperatura correspondiente al aumento de profundidad por un metro. El grado geotrmico se calcula por la frmula:

G=H - h

T - tm

donde:

H = profundidad de la medicin, m.h = profundidad de la zona a temperatura constante.t = temperatura en la profundidad H, gradostm = temperatura promedio anual de la regin

Para calcular la temperatura que se tendr, por este concepto, a una profundidad dada, se tiene:

t = tm + (H - h)/GSi:

tm = 10 CG = 30 mH = 1.000 mh = 40 m

t = 10 + (1.000 - 40)/30 = 42 C

Influencias de los procesos qumicos. A stos pertenecen las oxidaciones de toda clase, oxidacin de carbn, putrefaccin de maderas, oxidacin de pirita, etc.

Influencias de la evaporacin del agua. Entre los procesos endotrmicos que compensan la elevacin de temperatura de los procesos exotrmicos, el ms importante es la evaporacin del agua. Pero, este tipo de enfriamiento no es deseable de ninguna manera ya que a consecuencia del aumento de la humedad relativa, las condiciones mineras pueden hacerse insoportables.

Influencia de la velocidad del aire. La velocidad del aire es tambin de gran importancia en las condiciones climticas del interior de la mina. Un trabajador no se siente bien en el aire tranquilo, sin movimiento, ya que el calor de su cuerpo producido por el trabajo no se elimina bien desde su piel al medio exterior. Su rendimiento aumenta con el aumento de velocidad del aire, pero no en forma lineal, ya que el aumento de velocidad del aire por arriba de los 5m/seg. no tiene influencia prctica.

Influencia de otros factores. Adems de lo ya estudiado existen otros factores que entregan calor al aire de las minas, estos son:trabajos con explosivoscaeras de aire comprimidomotores elctricoscombustin de equipos dieselefectos de respiracin, etc.

6.2. Accin de las temperaturas elevadas sobre el personal. Por la digestin de los productos alimenticios en el organismo humano, se desarrollan los procesos del metabolismo, acompaados de la produccin del calor. Con esto, la temperatura del cuerpo humano se conserva a un nivel fijo de 36,6 C. Durante el sueo o en reposo, un hombre adulto desarrolla de 70-80 Kcal/hora; durante el trabajo fsico el calor sobrante es de cerca de 500 Kcal/hora que deben ser eliminadas por la piel mediante conveccin, radiacin y evaporacin.

Los primeros dos procesos son efectivos nicamente cuando existe una diferencia de temperatura. Pero cuando sta es muy pequea, no existe o es negativa, entonces el cuerpo slo puede servirse del fro de la evaporacin del sudor. Con la evaporacin de 1 litro de agua se eliminan aproximadamente 540 Kcal; este valor del orden del exceso de calor desarrollado por hora por un hombre en trabajo. En ciertas hulleras calientes, se observaron evaporaciones de hasta 3 litros de sudor y en las minas de oro del Rand hasta 10 litros. Con la temperatura del aire de 22 a 24 C, el sentido de calor y del fro en el hombre en reposo y sin vestido es igual a cero.

La eficiencia del desprendimiento del calor depende: De la temperatura del aire, o ms exactamente, de la diferencia de las temperatura de la piel del cuerpo humano y del aire; Del valor de la humedad relativa; De la velocidad del aire.

En las minas secas, nada se opone a la eliminacin del sudor; el aire puede absorber la diferencia entre su humedad relativa y absoluta. Cuando menor es esta diferencia y cuanto ms se acerca la humedad del aire al 100%, tanto ms difcil es la evaporacin del sudor.

Particularmente difcil es la presencia de atmsferas con alta temperatura hmeda y sin movimiento.

La estada prolongada del hombre en condiciones trmicas desfavorable conducen inevitablemente al aumento de la temperatura en el organismo. La temperatura del hombre puede subir hasta ms de 42 C y provocar la muerte. Prescripcin reglamentaria. Segn los estudios de fisilogos ingleses, la accin prolongada de las temperaturas mayores de 28 C por el termmetro seco (lo que es igual a 26 C del termmetro hmedo) es nociva para el cuerpo humano. A temperaturas hmedas mayores a 32 C, no es posible ningn trabajo duradero. Los reglamentos de seguridad minera de diferentes pases, fijan las condiciones de trabajo en las minas calientes.

Alemania. Al sobrepasar la temperatura los 28 C, la duracin del trabajo debe ser reducida a 6 horas. Para los lugares con atmsfera particularmente hmedas, la inspeccin del trabajo puede ordenar que esta disposicin sea aplicada con temperatura ms baja.

Rusia. Segn los reglamentos de seguridad para las minas de carbn y de esquistos, las condiciones trmicas del trabajo estn normalizadas segn los ndices: temperatura del termmetro seco y velocidad de la corriente de aire, bajo la condicin obligatoria de que la temperatura, en las labores preparatorias y de arranque, no sobrepasa los 25 C. Unin Sudafricana. Por razn de peligro de silicosis, en el Rand, se trabaja en atmsfera hmeda, prcticamente saturada. El trabajo se permite hasta los 33,3 C del termmetro hmedo. USA. La reglamentacin se basa en la temperatura efectiva, determinada sobre grficos. Chile. El decreto supremo N 72, del Ministerio de Minera, de octubre de 1985 establece que la temperatura mxima no podr exceder de 30 C bulbo hmedo para una jornada de trabajos de 8 horas y debe disminuirse a 6 horas si dicha temperatura se eleva a 32 C, la cual ser la temperatura, mxima admisible es mina subterrnea en explotacin.

7. MEDICION DE CONTAMINANTES.

Numerosos instrumentos se han ideado para medir la concentracin de contaminantes en atmsferas de mina. En tiempos pasados los mineros se las ingeniaban para saber el grado de contaminacin del aire de las minas, usaban la lmpara de carburo para saber la cantidad de oxigeno que haba en la atmsfera o bien, que es lo mismo, la cantidad de soroche; canarios en sus jaulas eran entrados a la mina para saber si las concentraciones de monxido de carbono eran peligrosas ya que aquellas avecillas son bastante ms susceptibles al gas, sobre ciertas concentraciones del monxido en el aire, el canario cae desvanecido, inmediatamente eran sacados al aire libre, conjuntamente con todos los mineros y los canarios se recuperaban, dispuestos a otra aventura. Posteriormente, aparecieron los instrumento basados en reacciones qumicas de ciertas sustancias que cambiaban de color al reaccionar con los gases. Se haca pasar por medio de una simple bomba de pera, el aire contaminado por un tubo y segn la intensidad de la coloracin o la cantidad de reactivo que alcanzaba a reaccionar, sera la concentracin del contaminante en el ambiente. En la actualidad este tipo de instrumento es usado profusamente para detectar la presencia de gases en atmsfera minera y en otros lugares, existiendo una larga lista de tubos con reactivos para la deteccin de la mayora de los gases que se pueden presentar.

En las dos ltimas dcadas se han desarrollado sofisticados instrumentos para determinar la presencia de gases en el aire. Se han desarrollado lneas para determinacin continua, con alarmas y posibilidades de actuacin de otros sistemas, ventilacin por ejemplo; otra lnea importante tiene que ver con el tamao de ellos, llegando a crear instrumentos del tamao de una cajetilla de cigarro para que sea cmodo su uso.

En cuanto a los muestreadores de polvo, tambin se ha vivido una importante modernizacin, desde la bomba manual hasta instrumento que entregan en forma instantnea la concentracin de polvo en el ambiente, los cuales usan alguna pastilla de radiacin ionizante u otro sistema electrnico moderno, pasando por las bombas automticas de flujo continuo. Todos los instrumentos modernos usan gravimetra para la determinacin de la concentracin de polvo en el ambiente.

No debemos olvidar a la lampara de seguridad, usada para determinar las concentraciones de gas gris en la minera del carbn.

PROPIEDADES FISICAS DEL AIRE

1. PARAMETROS BASICOS.El aire de minas, que es, como sabemos, una mezcla de gases y vapor de agua, se acerca mucho a los gases perfectos, en cuanto a sus propiedades fsicas; recordemos algunas leyes que comnmente sern usadas en este texto.

Densidad es la cantidad de masa de aire contenida en una unidad de volumen:

=m=G;Kgr*seg2

vg * vm4

donde:

G= peso, kgr;g = aceleracin de la fuerza de gravedad, m/seg2;m= masa kgr. seg2/m;v= Volumen, m3;

Nota: en este libro se usar preferentemente el sistema de unidades m,k,s a causa de un sentido prctico en cuanto a la magnitud de las presiones de ventilacin.

Peso especfico del aire, es el peso G del aire en unidad de volumen:

= G/v ; kgr/m3

En la ventilacin de minas se utiliza el peso especfico standard = 1,2 kgr/m3 que es el peso de 1 m3 de aire, con la presin de 1 atm., temperatura de 15C y humedad de 60%.

De la frmula anterior tenemos:= /g.El peso especfico indica tambin cuntas veces un gas es ms pesado o ms liviano que el aire.

Volumen especfico es el volumen v y en m3 ocupado por 1 Kgr. de aire a presin y temperatura dadas:

v = 1/G m3/kgr.

Presin, la presin de un gas se expresa en atmsferas absolutas o atmsferas tcnicas.

Por una atmsfera absoluta se entiende la presin po = 1,0333 Kg/cm2 de una columna de 760 mm. de mercurio a 0C y al nivel del mar. Con el cambio de la altura sobre el nivel del mar y de la temperatura, la presin "p" cambia segn la relacin siguiente:

log. p =log. po-a

18,04 - 0,667t

donde:

po=760 mm. de mercurio, presin al nivel del mar;a=altura sobre el nivel del mar; m;p=presin en la altura a; mm. de mercurio;t=temperatura media del aire entre el nivel del mar y el punto considerado; C.

ALTURA; m.s.n.m.05001.0001.5002.000

INDICACION del BAROMETRO; mm. Hg.760716674635598

Presin; m.c.a. 10,339,79,08,68,1

En la prctica para facilitar los clculos se utiliza la atmsfera tcnica o mtrica, igual a 1 kg/cm2 (10 m. de columna de agua) = 737,5 mm. de mercurio.

Como en la ventilacin de minas las presiones encontradas tiene valores muy pequeos, estas presiones se miden en kilogramos por metro cuadrado (kg/m2) o en milmetro de columna de agua (mm. c.a.) los que numricamente son iguales conforme a la definicin hecha de la atmsfera tcnica o mtrica.

La transformacin en mm. de columna de agua de la presin atmosfrica expresada en mm. de mercurio se hace multiplicando los mm. de mercurio por el peso especfico de ste = 13,6 kg/m3.La presin de una labor minera es:

p = po + * h/13,6 ; mm. de mercurio.

donde:

po = presin en la superficie; mm. de mercurio;13,6 = peso especfico del mercurio kg./lt.h = profundidad de la labor, m.= peso especfico

Con el aumento de profundidad, la presin aumenta en 9 a 10mm. de mercurio cada m. as en una mina profunda a 3.000 m, la presin es:

p = 760 + 9,5 * 3.000/100 = 1.045 mm. de mercurio, mayor que la presin normal en 33,5%.

Temperatura. La temperatura del aire se expresa en las minas, en grados Celcius. A veces se utiliza tambin la temperatura absoluta. La relacin entre ambas es:

T = t + 273 K (grados Kelvin).Donde:

t = temp. en CT= temp. en K.

Por la temperatura normal en ventilacin de minas se toman 15 C.

Calor especfico. Es la cantidad de calor, en caloras, que se necesitan para calentar 1 Kg. de gas de 0 a 1 C.

Para calentar G Kg. de gas de la temperatura t1 a t2 se necesitan W caloras.

W = G C (t2 - t1 )

Se diferencia el calor especfico del aire a presin constante C = 0,24 y a volumen constante C = 0,17 kcal(Kg. grado). El calor especfico del agua es de 0,46 kcal/kg. grado.Viscosidad es la resistencia del aire a los esfuerzos tangenciales. En los clculos de ventilacin, se utiliza el coeficiente cinemtica de viscosidad "" m2/seg. Para el aire a t = 15 C, = 1,44 * 10-5 m2/seg.

2. LEYES BASICAS.Leyes Generales:

Ley de Boyle y MariotteA temperatura constanteT = cte.

p1=v1=1

P2v22

o tambin:

p1*v1 = p2 * v2 = cte. Ley de Gay-LussacA presin constantep = cte.T1=v1=1

T2v22

A volumen constante:v = cte.p1=T1=1

P2T22

Con el aumento o la disminucin de temperatura de 1 C desde 0 C, el volumen del gas aumenta o disminuye en 1/273 de su volumen.

v1 /v2 =T1 / T2Si:T1 = 273 CT2 = T1 + t

v1/v2 = T1/(T1 + t)(T1 + t) * v1 = T1 * v2

v2 = v1 * (T1 + t)/ T1

v2 = v1 * (273 + t)/273

v2 = v1 * (1 + t/273)

v2 = v1 * (1 + 0,00366t).

La unin de las leyes de Boyle-Mariotte y Gay-Lussac conducen a la llamada "Ecuacin general de estado de los gases perfecto".

p*v = R* T

o seap1 * v1/T1 = p2 * v2/T2 = R = cte.

Donde "R" es una constante que depende nicamente de la clase de gas de que se trate y es llamada "constante de los gases".

R = 29,27 para el aire secoR = 47,1 para el vapor de agua.

Ley de Dalton. La presin de una mezcla de gases y vapor de agua es igual a la suma de las presiones parciales que tendra cada gas por separado estando solo:

p =npi

1

El peso especfico del aireSabemos que = 1/v

Si:v = R*T/p; tenemos que:

= p/(R*T).

Al principio de este captulo dijimos que el aire se acercaba, en sus propiedades fsicas, a los gases perfectos, pero no es as; el aire es un gas compresible y viscoso. Sin embargo, cuando estamos tratando al aire en un sistema de ventilacin de minas, podemos asegurar que su acercamiento a un gas perfecto es real.

Para un "gas real" la "Ecuacin general de estado de los gases perfecto" se transforma como sigue:

p*v/T = R* Z

Donde Z es el Factor de Compresibilidad, que es posible obtener en el siguiente grfico:

1,61,51,41,31,21,11,00,90C200CZ102

1 2 3 4 5 6 7 8

H[Kgr/cm2]

Cuando se habla de Ventilacin de Minas, estamos pensando en presiones que, en casos excepcionales podra a llegar a algunos cientos de mm.c.a. o Kgr./m2, Si pensamos exageradamente en 1.000 mm.c.a. tenemos que equibale a "0,1 Kgr./cm2" lo que, al dirigirnos al grfico del Factor de Compresibilidad, tenemos que, para los rangos de temperatura mostrada Z es prcticamente igual a "1". Como consecuencia, entonces, se puede decir que "el aire, en ventilacin de minas, se comporta como un gas ideal".

En cuanto a su viscosidad, vale decir a las fuerzas de frotamiento que se ejercen entre las partculas del fluido, tambin para los efectos de las presiones con que se trabaja en ventilacin de minas, normalmente se considera como un fluido no viscoso.

No podemos decir lo mismo con respecto a la variacin del peso especfico:

= p/(R*T).

= constante fluido incompresible

= variable fluido compresible

El peso especfico vara con la presin y la temperatura.

La variacin de presin se debe a:

Diferencia de cota. Para una variacin de altura de 100 m. la variacin de presin es de 130 mm. de columna de agua ms o menos (1,3%). Si la diferencia de cota es de 1.000 m. la presin vara en unos 1.300 mm. de agua, lo que es muy importante.

Prdidas de carga. Estas son muy variables, normalmente no pasan de unos pocos milmetros dependiendo del tipo de instalaciones y de los ventiladores conectados al sistema.

La variacin de temperatura ya fue analizada anteriormente, una variacin de 20 C significa una variacin relativa del peso especfico del orden del 7%, lo que no es despreciable.

Considerando que al introducir aire en la mina, va a aumentar su presin y su temperatura de acuerdo a la frmula para determinar el peso especfico, el aumento de los dos parmetros hace que la variacin del peso especfico no sea considerable. En general, se admite, para efectos de ventilacin, que una diferencia de cota menor a 200 m. no produce conclusiones errneas al considerar el peso especfico constante.

3. HUMEDAD DEL AIRE.

El aire siempre tiene cierta cantidad de agua formando una mezcla, segn la ley de Dalton la presin de la mezcla ser:pt = pa + pv ; donde:pa= presin parcial del aire seco;pv= presin parcial del vapor de agua.

Segn la forma como se calcula la cantidad de vapor de agua que contenga el aire tenemos dos tipos de humedad:

Humedad absoluta, es el contenido de vapor de agua, en gramos, en un metro cbico de aire. Mientras ms elevada sea la temperatura del aire, mayor cantidad de vapor de agua puede contener, llegando a un punto donde, con esa temperatura, se tenga el mximo de vapor de agua, en este punto el aire se encuentra saturado, y la presin parcial del vapor de agua es la mxima.

Humedad relativa, es la relacin del contenido de vapor de agua (gr/m3) con el mximo posible que pueda contener a una temperatura dada. Por ejemplo, si tenemos por medicin 10,4 gramos por metro cbico de vapor de agua, a una temperatura de 15 C y a una presin normal (760 mm. de Hg) el contenido mximo de vapor de agua (en el punto de saturacin) a esa temperatura es de 12,8 gr/m3, luego la humedad relativa "", sera:

= 10,4/12,8* 100 = 81 %

Tambin se define a la humedad relativa como el cuociente entre la presin parcial del vapor de agua y la presin de saturacin, a igual temperatura:

= (pv / ps ) * 100 ; %

Para medir la humedad relativa del aire, se usan los siguientes instrumentos:

El Psicrmetro. Consta de dos termmetros iguales, uno de los cuales tiene bulbo envuelto en un trapo hmedo. Los dos termmetros van montados en un soporte que tiene una manilla en ngulo recto que permite hacer rotar el instrumento. El termmetro seco indica la temperatura real; mientras que el otro termmetro, que tiene el bulbo envuelto con un trapo impregnado con agua registra la temperatura que resulta de la evaporacin del agua. El instrumento se hace girar por uno a dos minutos; la velocidad de rotacin apresura la evaporacin y enfra el bulbo. A menor cantidad de vapor de agua en el aire, mayor es la rapidez de la evaporacin del agua del termmetro hmedo y por lo tanto, ms baja la temperatura de este termmetro. Cuando el aire est completamente saturado de vapor de agua, la lectura de los dos ser igual.

Para determinar la humedad relativa con el psicrmetro, se tiene temperatura de termmetro seco y con la diferencia de las dos lecturas (temperatura seca y temperatura hmeda, se entra a tablas que nos dan el porcentaje de humedad relativa.

En la actualidad existen instrumentos que generan la evaporacin de la humedad mediante un pequeo ventilador, sto evita el tener que hacer girar el psicrmetro y con ello, impide que con cualquier golpe contra las paredes, sobretodo en el interior de una mina, se rompa los termmetros.

El Higrmetro. Mide la humedad relativa del aire en base al cambio de largo de un pelo que no tiene grasa, que est de acuerdo con el contenido de vapor de agua en el aire, el alargamiento o acortamiento del pelo, es trasmitido, por medio de un sistema de palanca, al indicador de una escala graduada en porcentaje de humedad relativa.

4. MOVIMIENTO LAMINAR Y TURBULENTO.

El movimiento lento del aire, que se componen de hilos separados que no se mezclan entre si y se mueven paralelamente, se denomina laminar. Si la velocidad del aire aumenta, los hilos comienzan a mezclarse entre si, formando torbellino. Un movimiento tal se denomina turbulento.

El movimiento laminar se presentan en las minas muy rara vez, por ejemplo, durante el movimiento del aire a travs del relleno compacto. En casi todas las labores mineras en que la velocidad del aire sobrepasa algunos centmetros por segundo, su movimiento del aire es turbulento. Adems de estos dos casos de movimiento del aire, existe el movimiento intermedio, como aquel del aire a travs de los tabiques de maderas y de piedras, o a travs del espacio explotado y del relleno no compactado, etc.

Estos movimientos de los fluidos fueron estudiados por Reinold (Re), determinando que:Re2.000es flujo Laminar

2.000 Re4.000es flujo Intermedio

Re4.000es flujo Turbulento

Siendo:Re=D * V

donde:

D= dimensin fundamental del ducto, m;V = velocidad del fluido, m/seg;= viscosidad cinemtica, m2/seg.

En ventilacin de minas, siempre tendremos un Re mayor que 4.000, por lo tanto, el movimiento ser turbulento, tal como se dijo.

Ejemplo:SiV= 1m/seg;D= 2,0 m; = 1,44 10-5 m2/seg. (t= 15 C)

Re = 1 * 2,0 *105/1,44 = 139.000

"Flujo Turbulento"

5. DETERMINACION DE ALGUNOS PARAMETROS.

Peso especfico. El peso especfico del aire puede ser calculado de la siguiente forma:

=0,465p;Kgr./m3

273 + t

donde:p= presin baromtrica, mm. de Hg;t= temperatura del aire, C.

Medicin de la presin en el interior de la mina.El instrumento que generalmente se usa para medir la presin absoluta, tanto en el interior de la mina como en la superficie, es el "barmetro aneroide". El barmetro corriente de mercurio, el barmetro de estacin y el bargrafo, por las dificultades de manejo y gran sensibilidad, solamente son apropiados para las mediciones en el exterior.

Manmetro ordinario. Este instrumento es comnmente colocado al lado de ventiladores principales, con una rama en la galera de ventilacin y la otra abierta al exterior. Para amortiguar las fuertes oscilaciones del agua, dentro del tubo, se colocan tubos capilares en los extremos, tambin se puede rellenar con perdigones la curva del tubo. Para una buena determinacin, es necesario que el instrumento quede bien sellado, en cuanto a que uno de sus extremos este en un lado de la pared y el otro al otro lado.

El Micromanmetro. Para la medicin de pequeas depresiones (del orden de dos a cuatro mm. de columna de agua) que se encuentra en la determinacin de la ventilacin natural de las minas, as como en trabajos de investigacin, se usan los micromanmetros con escala inclinada. Este micromanmetro permite hacer mediciones bastante precisas ya que su inclinacin hace que con pequeas presiones se produzcan considerables desplazamiento del lquido.

Medicin de la velocidad del aire.La medicin de la cada de presin, por lo general tiene que estar acompaada de la determinacin del volumen del aire; la medicin de ste (m3/seg.) se hace mediante la ecuacin de continuidad Q=V * A, determinando la velocidad y el rea en el terreno.

Para la determinacin de la velocidad del aire en las minas se utilizan los "Anemmetros" y otros instrumentos.

Anemmetro de paleta. Son pequeos aeromotores, en los que una rueda de paletas de aluminio, cuyo nmero de revoluciones es proporcional a la velocidad del aire, impulsa un mecanismo indicador. Este mecanismo tiene una graduacin tal que permite medir el camino recorrido por el aire, en metros, en el tiempo de medicin. El recorrido dividido por el tiempo, en minutos, nos da la velocidad del aire en m/min. El tiempo de medicin no debe ser menor a un minuto y no necesita rebasar los cuatro minutos. La puesta en marcha y la detencin de un anemmetro se hace por medio de una palanca fijada en el cuerpo del anemmetro. Este instrumento se utiliza para la medicin de velocidades entre 0,2 y 6 m/seg.

Anemmetro sensible a par termoelctrico. Se basa en la medicin de la temperatura de un par termoelctrico de una soldadura que es calentada mediante una resistencia. Al pasar el aire por la soldadura, sta pierde calor, mientras ms velocidad tenga el aire mayor ser la variacin de temperatura; de esta manera se puede registrar la velocidad. El campo de utilizacin de este instrumento es de 0 a 1,5 m/seg.

Tubo de humo. Este sencillo instrumento permite determinar en forma rpida y ms o menos exacta la direccin y velocidad de flujos lentos de aire. El aparato consiste en un tubo de vidrio de 10 mm. de dimetro y 14 cm. de largo, lleno con piedra pmez granulada que ha sido tratada con cloruro estnnico fumante. Al quebrar los extremos hermticamente sellados del tubo y al hacer pasar aire a travs de l, por medio de una pera aspiradora, se forma un humo blanco de cido estnnico y clorhdrico, en presencia de la humedad del aire. El humo producido, sale del tubo y se mueve con la misma velocidad del aire.

Para determinar la velocidad con el tubo de humo, se mide una galera, de seccin uniforme, una distancia (generalmente son dos metros), se suelta una nube de humo y se toma el tiempo que demora en recorrer el espacio determinado. Para su mayor exactitud, cada determinacin de velocidad se puede repetir varias veces. La velocidad se determina con la frmula:

V=60 * w * l

w

ti

1

donde:

V = velocidad en m/seg;w = nmero de veces que se mide;l = largo del camino recorrido por el humo (2 metros);ti= tiempo determinado cada vez.

Medicin de la velocidad media y del caudal de aire. En una galera la velocidad se mxima en su centro, disminuyendo hacia los bordes, en forma de fajas ms o menos circulares. Para el clculo del caudal de aire, la velocidad que necesitamos saber es la velocidad media. Entre la velocidad mxima (Vmx) y la velocidad media (vm) existe la siguiente relacin:

Vm = * Vmx.

donde: entre 0,75 y 0,80

Dos mtodos son los ms comunes usados para medir la velocidad media de un caudal de aire:Medicin frente al medidorMedicin en la seccin.

En el primer caso el operador se coloca frente a la corriente, con la cara hacia el lado que viene el aire, teniendo el anemmetro adelante, con la mano extendida, se le mueve regularmente por la seccin.

Este mtodo se usa slo en galera menores de dos metros de alto y a la velocidad media obtenida se multiplica por c = 1,14.

En el segundo caso, el operador se coloca en la pared de la galera, lo ms escondido posible y hace pasear el anemmetro por la seccin de la galera, para este objeto el anemmetro se sostiene sobre una varilla que se atornilla en la base del anemmetro. En este caso, la correccin de la velocidad media es:C = (A - 0,4) / A;

Donde: A es el rea de la galera en m2.

El caudal del aire que pasa por la galera es:

Q = c* v* A, m3/min.

Las dimensiones del rea de la galera se miden con una precisin de hasta 1 cm. En cada seccin se deben hacer dos o tres mediciones con el anemmetro.

6. TEOREMA DE BERNOULLI.

El teorema de este destacado cientfico estableci el principio de conservacin de la energa, expresando que la altura de carga total de un fluido que circula por cualquier sistema se mantendr constante si no hay prdida por rozamiento, compresin, incorporacin o prdida de fluido.

La altura de carga total es igual a la suma de las alturas de carga esttica (altura de presin), cintica (altura de velocidad) y de elevacin (altura geodsica):

ht = hs + hv + hz

Reemplazando las alturas de carga en funcin de las presiones en un lugar del movimiento del fluido, el cual identificaremos como "1", tendremos:

pt = ps1 + pv1 + pz1

Considerando el movimiento del fluido dentro de un ducto donde hemos definido el punto "1" y determinamos otro punto "2", sin tener agregado ni prdida de fluido en ese trayecto, Bernoulli dice:

ps1+V12+Z1=ps2+V22+Z2

2g2g

donde:

ps1 y ps2= presiones esttica en punto 1 y 2;V1 y V2= velocidad del fluido en punto 1 y 2;= densidad del aire;g= aceleracin de gravedad;Z1 y Z2 = altura geodsica de los puntos 1 y 2.

RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL AIRE

1. TEOREMA DE BERNOULLI.

La frmula vista en el punto anterior corresponde al "teorema de circulacin ideal" de Bernoulli, ella expresa que en el movimiento de un fluido, en un medio ideal, las sumas de las alturas permanecen constantes, podr disminuir una pero las otras aumentarn. En el caso de un medio ideal horizontal, las alturas geodsicas no cambiarn, luego si vara el dimetro del medio, variar la altura cintica y la altura de presin lo har de igual magnitud pero sentido contrario.

Pero, en la realidad el fluido se va a mover en un medio real, el cual le pondr resistencia a su movimiento, luego, la ecuacin de Bernoulli se transforma en:

hs1 + hc1 + hz1 = hs2 + hc2 + hz2 + H

Siendo "H" la prdida de carga o prdida de presin producida a causa del roce con las paredes del medio real donde se mueve, como tambin, a causa de las singularidades que encuentra en su recorrido, por las turbulencias que ellas provocan, entre los puntos 1 y 2.

Es este trmino "H" el que nos interesa encontrar para conocerlo y poder entregar la energa equivalente que permita el movimiento del aire.

Consideremos que las presiones geodsicas cambian segn una situacin que depende totalmente de la estructura del yacimiento, del sistema de explotacin que se usar y de las posibilidades que se presenten de desarrollar galeras para ventilacin, por lo tanto ellas poco podrn aportar para ayudar a vencer "H". Las presiones cinticas o de velocidad dependern del tamao de las galeras por donde se mover el aire (V = Q/A, donde V = velocidad, Q = caudal y A = rea del medio), luego tampoco podr entregar libremente presin para disminuir el aire. Estas dos formas de energa podrn usarse para vencer, si se quiere, parte de "H" dependiendo de lo que se proyecte con el circuito de ventilacin respecto a ubicacin de entradas y salidas y tamao de las galeras.

Es entonces, la presin esttica la que tendr que incrementar para vencer "H"; luego, pensaremos en general que:

H = hs1 - hs2

Considerando que las presiones de velocidad se anulan mutuamente y que se elimina todo trmino geodsico, trabajando con las presiones manom-tricas.

La otra conclusin que debemos sacar del teorema de Bernoulli es que:

"Siempre el fluido se va a mover desde un punto de mayor presin a otro de menor presin y la diferencia ser H".

2. CAIDA DE PRESION.

En ventilacin de minas, como en hidrulica y en otros campos donde se aplican los principios de mecnica de fluidos, es de mayor inters determinar la diferencia de presin entre dos puntos que la determinacin de la presin en ellos. Sabemos que el flujo de aire se origina porque existe una diferencia de presin entre dos puntos del sistema, para poder lograr esta diferencia es necesario agregar energa al sistema. Esta energa entonces, es consumida en superar las resistencias que las labores mineras le ponen al paso de una cantidad determinada de aire. Estas resistencias originan entonces una cada o prdida de presin que llamaremos "H" y est dada en mm. de columna de agua o Kg/m2.

Las prdidas de presin estn formadas por dos componentes: prdidas por friccin y prdidas por choque:

H = Hf + Hx

Las prdidas por friccin representan las prdidas de presin en el flujo lineal, a lo largo del ducto y es producida por el rozamiento del aire contra las paredes del ducto; en cambio las prdidas por choque son de origen local producidas por diferentes accidentes como lo son: cambiar el rea, bifurcaciones o uniones, obstrucciones, cambios de direccin, etc.

2.1. Ley de resistencia.En los cursos de hidrodinmica, se demuestra que la diferencia de presin entre dos reas de un ducto est dada por la Ecuacin de Atkinson:

Hf= * Lf * P * V2; (mm. de c.a. o Kg/m2)

A

donde:

Lf = Largo de la labor en m;A= Area de la labor en m2;P= Permetro de la labor en m;V= Velocidad del aire en m/seg;= Coeficiente de resistencias aerodinmica en Kgr*seg2/m4;= f * / 8gf= Coeficiente de roce;= Peso especfico del aire en Kgr/m3;g= Aceleracin de gravedad en m/seg2.

Como sabemos que:V = Q/Apodemos colocar la frmula anterior como sigue:

Hf= * Lf * P * Q2; (mm. de c.a. o Kg/m2)

A3

2.2. Coeficiente de resistencia aerodinmica. El coeficiente de resistencia aerodinmica "", vara de acuerdo al nmero de Reynolds (Re). Esta variacin se hace insignificante a medida que crece Re y por lo tanto, si aceptamos que en las labores mineras activas el movimiento ser turbulento con un alto Re, se considera este coeficiente constante.

La determinacin del coeficiente de resistencia aerodinmica es un paso muy importante en todo proyecto de ventilacin; cuando es posible determinarlo en el terreno es recomendable hacerlo si no se debe recurrir a diversas tablas que entregan coeficientes de acuerdo a la experiencia e investigacin, una de ellas es la que se adjunta en estos apuntes y corresponde a una tabla obtenida por el Servicio de Minas de los E.E.U.U. en base a numerosas experiencias en minas metlicas. Los valores de "" que en ella se entrega estn referidos al aire normal, por lo tanto, una vez elegido el valor debe ser corregido de acuerdo al peso especfico del lugar (ver Figura N 4).

= * /1,2donde:

= Coeficiente de resistencia aerodinmica para el peso especfico .

El clculo de este coeficiente "", usando la experimentacin en terreno se hace por la frmula:

Hf= * Lf * P * Q2

A3

donde:=Hf * A3

Lf * P * Q2

Todos los parmetros que intervienen en ella pueden ser determinados en terreno. Pero, cuando no es posible efectuar un estudio de terreno, cuando por ejemplo se est desarrollando un proyecto donde no se tiene instalaciones o no se sabe de analisis anteriores realizados, es necesario hacer uso de tablas, como la que se muestra a continuacin, para decidir que coeficiente usar en un proyecto.

COEFICIENTE DE RESISTENCIA AERODINAMICA.(Para = 1,2 Kgr./m3)Tipo de galeraIrregularidades de la superficieValores bsicos de *10-5

LimpiasObstruccin

PequeaModerada

Superficie suave (forrada)Mnimo192948

Promedio293857

Mximo384867

Roca sedimentaria (carbn)Mnimo576786

Promedio105114133

Mximo133143162

GALERAS ENMADERADASMnimo152162190

Promedio181190209

Mximo200209220

ROCA IGNEAMnimo171181200

Promedio279285304

Mximo371380399

2.3. Resistencias locales. Se dijo que las prdidas por choques son de origen local, producidas por turbulencias, remolinos, frenadas, etc. del aire al enfrentar diversos accidentes dentro de un circuito de ventilacin y no necesariamente estas prdidas deben estar presentes en todas las galeras de ventilacin; ellas, adems de depender del tipo de accidente de que se trate -cambios de direccin, entrada, contraccin, etc.- tambin dependen de la velocidad del aire y del peso especfico.

Hx= * V2 * ; (mm. de c.a. o Kg/m2)

2g

Siendo el coeficiente de resistencia local, existiendo tablas que entregan los valores de este coeficiente.

Un mtodo ms adecuado para calcular estas prdidas se obtiene al asimilar las prdidas por choque en las prdidas por friccin a travs de los largos equivalentes, o sea se trata de determinar a que largo fsico de una galera equivale la prdida por choque.

El mtodo para encontrar la frmula que exprese los largos equivalentes es el de igualar las prdidas por friccin con las prdidas por choque:

Hf = Hxluego: * Lf * P * V2= * V2 *

A2g

Asumiendo el largo Lf el valor de largo equivalente "Le" y despejando:

Le= * * A

2 * g * * P

Tal como se expres anteriormente existen tablas donde se dan valores de , el profesor Howard L. Hartman en su libro "Ventilacin de Minas y Aire Acondicionado" entrega frmulas experimentales para obtener de acuerdo a distintas situaciones; a continuacin se adjunta tablas de "Le" para prdidas por choque ms comunes y diferentes tamaos de galeras, estos valores fueron obtenidos para aire normal y un coeficiente de resistencia aerodinmica igual a 189 10-5 [Kgseg2/m4] para obtener los datos de acuerdo a un caso determinado los valores deben ser multiplicados por:0,00158 * /

LARGOS EQUIVALENTES.LARGOS EQUIVALENTES.Para = 0,00189 (K=1100*10 )Tipo de SingularidadSeccin de la Galera (m) 2x2 2,5x2,5 3x3 3,5x3,5 4,5x4,5Angulo obtusoredondeado 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3Angulo rectoredondeado 0,3 0,3 0,3 0,6 0,6Angulo agudoredondeado 0,6 0,6 0,9 0,9 1,2Angulo obtusoquebrado 2,5 3,4 4,3 5,2 6,4-10

Tipo de SingularidadSeccin de la Galera (m) 2x2 2,5x2,5 3x3 3,5x3,5 4,5x4,5 15,0 16,2 20,1 24,4 30,5 26,0 34,5 43,0 51,8 64,6Contraccin gradual 0,3 0,3 0,3 0,6 0,6Contraccin abrupta 1,6 2,5 3,0 3,7 4,6Angulo rectoquebradoAngulo agudoquebrado

LARGOS EQUIVALENTES.

Tipo de SingularidadSeccin de la Galera (m) 2x2 2,5x2,5 3x3 3,5x3,5 4,5x4,5 0,3 0,3 0,3 0,6 0,6 3,4 4,6 5,8 7,0 8,5Derivacinrama derecharama 90 5,2 7,0 8,9 10,7 13,13 4,5 45,7 57,3 68,6 86,0Uninrama derecharama 90 10,4 13,7 17,1 20,8 26,0 5,2 7,0 8,9 10,7 13,1Expansin abruptaExpansin gradual

Tipo de SingularidadSeccin de la Galera (m) 2x2 2,5x2,5 3x3 3,5x3,5 4,5x4,5 0,3 0,5 0,6 0,9 1,2 11,3 15,0 18,6 22,6 28,0 0,3 0,3 0,3 0,6 0,6Paso sobre nivelmalo 50,0 66,3 83,2 100,0 125,0Salida de aireEntrada de airePaso sobre nivelexcelente

12,2 16,2 20,1 24,4 30,5 17,0 22,9 28,7 34,5 43,0 85,6 114,3 143,0 171,6 214,9Carro obstruyendoel 20 % del reaPuerta contra incendioCarro obstruyendoel 40 % del reaValores calculados para una altura de 2.500 m.s.n.m.

2.4. Frmula fundamental de ventilacin. Considerando el reemplazo de Hx por el largo equivalente Le tendremos, entonces, la frmula para la cada de presin:

H= * (Lf + Le) * P * Q2; (mm. de c.a. o Kg/m2)

A3

donde:H= cada de presin, Kg/m2= coeficiente de resistencia aerodinmica , Kg* seg2/m4;Lf= largo fsico, m;Le= largo equivalente, m;A= rea, m2;P= permetro, m;Q = caudal, m3/seg.

Si L = Lf + Le

H=R * Q2

R= * L * P

A3

Donde "R" representa la resistencia de las labores mineras al paso del aire.

Si el aire estdado en m3/seg. y la prdida de presin en mm. de columna de agua se define a la unidad de resistencia igual a 1 Kilomurgue (k) = 1.000 murgue [] como la resistencia que opone al paso del aire una labor por la cual 1 m3/seg de aire circula con una depresin igual a 1 mm. de columna de agua.La facilidad o dificultad de ventilacin de una labor depende del valor de "R". La resistencia puede reducirse disminuyendo el valor de "", disminuyendo el largo de la galera o el aumento del rea. Tanto la disminucin de "", como el aumento del rea estn supeditadas a limitaciones econmicas y el largo de la galera, a la configuracin del sistema.

A continuacin se muestra esta frmula fundamental de ventilacin de minas segn los ms usados sistemas de medidas:

ParmetrosSistemas

M.K.S.S.I.Ingles

HR * Q2R * Q2R * Q2

Kgr./m2mm.c.a.PascalNw/m2Pulg. c.a.

R * L * P / A3' * L * P / A3k * L * P / 5,2A3

kKgr/m7Atkinson

- ' - k9,806'1,85*106 k

2.5. Representacin grfica. La Frmula fundamental de la ventilacin de minas tiene su representacin en un sistema cartesiano, donde en el eje de las "Y" tenemos la Cada de Presin H y en "X" el caudal Q. Como sabemos, cualquier galera o un sistema de ella formando un circuito de ventilacin est representado por la frmula:

H = R * Q2

Esta ecuacin, en el sistema definido nos representa a una parbola que pasa por el origen. En general, cuanto mayor es la resistencia R, ms parada ser la parbola y, por consecuencia, para un mismo caudal Q, mayor ser la cada de presin H, como puede apreciarse en la siguiente figura.

Ra H Rb

Q

Ra > Rb

CIRCUITO DE VENTILACION

Las formas como se encuentran interconectadas las galeras dentro de un circuito de ventilacin deciden la manera como se distribuir el caudal del aire dentro de ellas y cual ser la depresin del circuito. La mayor o menor complicacin en la resolucin de un sistema de ventilacin est ntimamente ligada a las conexiones de las galeras dentro de l.

En ventilacin de minas normalmente nos encontraremos con las siguientes uniones de galeras:

1. UNION EN SERIE.Se caracteriza por que la corriente de aire se mueve sin ramificaciones, vale decir, si no existen prdidas, el caudal de aire permanece constante.

En cuanto a la resistencia aerodinmica total del sistema es igual a la suma de las resistencias parciales y la depresin total es igual a la suma de las parciales:

Q1 = Q2 = Q3 =..........= QnR = R1 + R2 + R3 + ......+ RnH = H1 + H2 + H3 +......+ Hn

Veamos un ejemplo grfico donde se ha simulado una serie de galeras las cuales van desde la galera "a" hasta la "l", ambas conectadas a la superficie.

En el dibujo se han colocado tapados, que tambin pueden ser puertas hermticas para guiar en buena forma al aire que recorre el circuito y que cumplan con las caracterstica de las Uniones en Serie. Luego se ha dibujado lo que se conoce como "diagrama equivalente" que no es otra cosa que una simplificacin del diagrama general.

abcdjefgihkkl

a c e f g j k l

Las caractersticas del circuito sern:

R = Ra + Rc + Re + Rf + Rg + Rj + Rk + RlH = Ha + Hc + He + Hf + Hg + Hj + Hk + HlQ = Qa = Qc = Qe = Qf = Qg = Qj = Qk = Ql

2. UNION EN PARALELO.En este tipo de unin, las galeras se ramifican en un punto, en dos o ms circuitos que se unen en otro punto.

Cuando dos o ms galeras parten de un punto y en el otro extremo se comunican con la atmsfera, tambin estn en paralelo, ya que los extremos que salen a la superficie se entiende que tienen igual presin, en este caso la unin en paralelo es abierta, siendo cerrada cuando los dos puntos de reunin se encuentran en el interior de la mina.

La caracterstica bsica de las uniones en paralelo es que las depresiones de los ramales que la compo