Ventilación subterráneaEscrito por: Revista Mundo HVACR   Sectores de la industria , Ventilación

Los esquemas de ventilación en minas juegan un papel muy importante para su correcto funcionamiento, pues son los responsables de mantener con vida a los trabajadores, optimizar su desempeño y la operación de las máquinas y equipos, además de brindar las condiciones apropiadas en situaciones extraordinarias o cuando se presente algún imprevisto.

La industria minera mexicana adquirió mayor incidencia en la década de 1990 con la modificación del marco regulatorio.

Karely Haros.

En México, la historia de la minería tiene pocos o nulos antecedentes hasta la llegada de los españoles; por lo que puede considerarse que la minería “formal” comenzó cuando éstos llegaron. Las misiones Jesuitas fueron los primeros asentamientos de exploración y explotación de metales preciosos en la Nueva España, actividad que hoy en día representa una de las principales actividades económicas de diversos estados de la República Mexicana.

Hasta antes del proceso de conquista española, la población americana apreciaba el valor del oro y de piedras preciosas, como el jade, con los que elaboraban ornamentos y herramientas. En 1521, con la llegada de Hernán Cortés y los exploradores españoles, se inició el comercio de bienes minerales entre México y España.

Durante el siglo XVI, los llamados metales preciosos representaban 80 por ciento de las exportaciones totales del país, aunque, después de la Independencia, dichas exportaciones disminuyeron considerablemente, pues comenzaron a acumularse para la acuñación de monedas.

Más tarde, la minería mexicana se diversificó. Actualmente, entre los principales estados mineros metalúrgicos se encuentran Chihuahua, Durango, Sonora, Coahuila, Zacatecas, Aguascalientes, Guanajuato y San Luis Potosí, según el documento “La minería mexicana, su evolución, retos y expectativas”, de la Universidad Nacional Autónoma de México.

Actualmente, países como Perú, Colombia, Chile, India, entre otros, han desarrollado y aumentado su competitividad en la industria minera, lo que ha generado un mercado más profesional. Cuando México cayó en cuenta del crecimiento de las actividades mineras en países como los mencionados, decidió participar en estas labores y modificó sumarco jurídico regulador, caracterizado por requisitos muy especializados, procedimientos complicados, plazos muy largos y controles inexistentes. Esto permitió que hubiera mayor participación mexicana en esta industria, la cual adquirió seguridad en inversión desde 1992, con el fin de que se generaran mayores empleos, inversiones y desarrollo.

Clasificación de minasEn general, existen tres tipos de minas, según sus características y las actividades que se llevan a cabo para la extracción de metales y minerales: las minas a cielo abierto, las subterráneas y las aluviales. Para cada una, hay procesos y procedimientos diferentes.

Según la Asociación Ecologista Costarricense, Amigos de la Tierra para el Frente Nacional de Oposición a la Minería de Oro a Cielo Abierto, la minería a cielo abierto es una actividad industrial que consiste en la remoción de grandes cantidades de suelo y subsuelo, que posteriormente es procesado para extraer el mineral.

Por otro lado, de acuerdo con información de la Operadora Minera S.A.S., la minería de socavón o subterránea desarrolla su actividad por debajo de la superficie terrestre, con el uso de maquinaria más pequeña que la utilizada en la minería a cielo abierto, debido a las limitaciones que impone el espacio en las excavaciones.

Tabla 1: Propiedades físicas del aireExpansión: Aumento de volumen de la masa de aire al momento de reducirse la presión ejercida por una fuerza o por incorporación de calor.Contracción: Reducción del volumen por una fuerza; al contrario de la expansión, ésta tiene un límite y, si lo sobrepasa, tiende a expandirse.Fluidez: Flujo del aire de mayor a menor contracción; su dirección suele ser desde el lugar más caliente hacia el más frío.Presión atmosférica: Fuerza del aire.Volumen: Espacio que ocupa el aire.Masa y densidad

Finalmente, según el portal Mineros.com.co, las minas aluviales se consideran el tipo de yacimientos más explotados y, para ello, se necesita una unidad de producción constituida por una draga de cucharas y una draga de succión; la primera extrae el material de entre 10 y 27 metros de profundidad, y la segunda absorbe la capa de los primeros 10 metros, que no contiene productos.

Impactos Según el artículo “La minería: claves para su comprensión”, publicado por Diana Durán, representante del World Rainforest Movement, organismo mundial independiente que trabaja para asegurar la tenencia de la tierra y los medios de supervivencia de los pueblos que habitan en bosques, “la minería es una actividad a corto plazo, pero con efectos a largo plazo”, lo que constituye un factor de depredación ambiental con impactos severos, como la preparación de caminos de acceso, mapeos topográficos y geológicos, montaje de campamentos e instalaciones auxiliares, apertura de zanjas, tomas de muestras, entre otros, que afectan los entornos naturales.

Innumerables son los efectos negativos que implica el desarrollo minero; por ello, ha sido necesaria la implementación de normativas para asegurar tanto al medioambiente, como a la sociedad, e indiscutiblemente a los trabajadores dedicados a esta actividad. En el caso de México, la Ley Minera Mexicana logró que, entre 1992 y 1995, más de 340 sociedades se inscribieran en el Registro Público de Minería. Con este suceso, el número de trabajadores mineros aumentó considerablemente y la Dirección General de Inspección Federal, a través de la Secretaría de Trabajo y Previsión Social, reforzó la vigilancia de las condiciones de trabajo, seguridad e higiene del ramo en los estados donde se efectuaban estas actividades.

Desde entonces, las infracciones dispuestas por estas instituciones consisten en la cancelación de la concesión o asignación minera, además de fuertes multas, aunque se puede efectuar el amparo para ejecutar y comprobar que las obras cuentan con los requerimientos legislativos. Este se ha convertido en uno de los principales motivos de que las empresas mineras se esfuercen en contar con las mejores instalaciones y condiciones de trabajo para los mineros.

Para contrarrestar los efectos nocivos que puede generar la minería, sobre todo en los mineros, es necesario el control de calidad del aire. Una mina que pretenda ofrecer una buena calidad de aire debe considerar cuidadosamente aspectos como medidas de corriente, ventilación natural o mecánica, los sistemas más adecuados de ventilación, así como la normatividad aplicable al recinto y el diseño propicio del sistema de ventilación, entre otros.

AireEste componente atmosférico presenta distintas condiciones, según la estación del año y el lugar. Dichas condiciones dependen directamente de la temperatura, la presión y la humedad. En general, la composición general del aire seco se divide como se indica en la Tabla 2:

Aunque la composición del aire varía de un lugar a otro, dentro de una mina, el aire no contiene sólo los gases mencionados, sino una cantidad de partículas adicionales generadas durante las labores de minería. Cabe mencionar que la composición del aire depende también de la velocidad a la que fluya; además, la cantidad de oxígeno en la profundidad empieza a ser menor debido a que es absorbido por la respiración de los mineros, según el ritmo al que trabajen, y las mismas rocas de la mina.

Contaminantes del aireLa minería influye en mayor o menor medida en la composición atmosférica, debido a que las emisiones son tanto sólidas y gaseosas, como de ruido y onda aérea. “Cuando se habla de contaminación subterránea, se deben analizar las condiciones ambientales en las que laboran los trabajadores mineros, que son

los responsables del desarrollo económico actual de nuestro país”, menciona el ingeniero Manuel Figueroa Galiano, docente del área de ventilación de la Escuela de Minas de la Universidad Nacional San Agustín Arequipa, en Perú, para Mundo HVAC&R.

Entre las emisiones sólidas, están el polvo causado por la desintegración de las rocas durante su preparación o durante el paso de camiones pesados, pues, al levantarse las partículas, se provoca contaminación. Por otra parte, las emisiones de gases se pueden deber al combustible de la maquinaria, a los procesos de extracción o por la explosión de una mina (ver Tabla 4).

Tabla 2: Componentes del aire comúnNitrógeno 79Oxígeno 20Anhídrido carbónico 0.03Argón 0.9Otros gases inertes 0.002 %Hidrógeno 0.00005 %

Tabla 3: Factores que influyen en la temperatura del aire de la minaTemperatura exteriorCompresión del aire al descender en la minaTemperatura de las rocasProcesos endotérmicos y exotérmicosIntensidad de la ventilación

Tabla 4: Gases más comunes en las minas subterráneasIrritantes / Asfixiantes •      Monóxido de carbono  •      Hidrógeno sulfurado •      Humos nitrosos •      Anhídrido sulforosoSofocantes  •      Nitrógeno •      Anhídrido carbónico •      Acetileno •      MetanoExplosivos / Inflamables  •      Metano •      Monóxido de carbono •      Hidrógeno sulfurado •      AcetilenoFuente: Ventilación de mina, Raquel González, parte de servicios de minería del Instituto Universitario de Tecnología del Estado Boliviano.

Otro tipo de contaminación muy común en las minas es el ruido. Los efectos ocasionados por la contaminación auditiva son múltiples, y van desde la sordera, el desentendimiento y la desconcentración, hasta la desorganización visual, taquicardias e incluso afectaciones al sistema digestivo. En los animales, este tipo de contaminación les ocasiona sobresaltos, abandono de sus crías y descontrol en su proceso de reproducción. En la minería este tipo de contaminación es causado por voladuras, vehículos pesados, maquinaria de preparación de minas, martilleo en cantería, entre otros.

La contaminación por ondas aéreas es provocada por las explosiones de minas, pues genera una onda de presión por la energía de ruptura y el aire se propaga, generando vibraciones que se manifiestan de manera más clara en los cristales.

Para el caso de contaminantes, como el polvo y los gases, la ventilación es la medida más eficaz y aceptada. Debe ser capaz de suministrar volumen y corriente de aire suficientes para transportar  y diluir los gases inflamables, explosivos y dañinos.

En las minas “legales” se trabaja actualmente en la investigación de nuevas perspectivas y exigencias en cuanto a normativas, relacionadas con la ventilación y la fabricación de ventiladores, mangas de ventilación para la conducción del aire y aparatos medidores de gases y otras partículas. “El empleo de nuevos y sofisticados aparatos para la medición de gases, algunas veces originados por el yacimiento y otras por el sistema de explotación mecanizado, hacen necesario estimar cálculos más precisos de los caudales de aire en la ventilación”, señala el ingeniero Figueroa.

Además, agrega, “Es indispensable analizar la minería, pues si ésta es informal tiende a contaminar el medioambiente, sin tomar medidas al respecto, y por ende daña a las personas que trabajan en ella, sin ninguna fiscalización”.

Tabla  5: Medidas para contrarrestar la contaminación auditiva1. Medidas que actúan sobre la causa que produce el ruido2. Medidas que actúan sobre la fuente emisora del ruido3. Medidas destinadas a absorber o atenuar el ruido en su camino entre la fuente de emisión y el receptorFuente: Minería y atmósfera, Universidad de Castilla.

Tabla  6: Leyes de circulación del aireLa temperatura aumenta 1 grado por  cada 100 metros que se desciende desde la superficiePara obtener una corriente de aire se precisa una entrada, una salida y una diferencia de presión (depresión)En un circuito, cuanto mayor es la depresión, mayor será la cantidad de aire que pase por élEl porcentaje de gas disminuirá cuanto mayor sea la cantidad de aireEl aire, al salir, siempre toma el camino más fácilCuantas menos fugas haya en el circuito, mayor será la cantidad de aire que pasa por él

VentilaciónLa ventilación en minas y túneles constituye una operación fundamental, cuya función es renovar el aire, diluir los gases contaminantes y polvo, y controlar los humos en caso de incendio. Esta operación asegura condiciones ambientales no peligrosas para la circulación (respiración y visibilidad de los mineros) y, en caso de incendio, garantiza las condiciones de evacuación y de intervención de los equipos de emergencia”, sustenta el ingeniero Víctor Yepes Piqueras, doctor en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos, en su artículo “Ventilación en minas y túneles en fase de construcción”.

“La ventilación minera comprende tres tipos de control”, sostiene el ingeniero Manuel Figueroa. El control de calidad del aire es obligatorio dentro de cualquier establecimiento y más necesario aún si se trata de una mina, ya que en muchas ocasiones los minerales explotados son tóxicos. Además, el control de calidad asegura que los contaminantes (gases y polvos) no rebasen los niveles tolerables o permisibles:

Determina los gases nocivos en el ambiente y los mantiene dentro de los niveles permisibles

Controla el polvo ambiental Vigila la concentración de polvo en el ambiente Indica el tamaño de las partículas Indica la composición mineralógica

Determina el tiempo de exposición Por su parte, el control de cantidad busca asegurar, según los requerimientos (personas, equipo, profundidad), que se mantenga el estándar de cantidad de aire, lo que significa que éste no debe ser menor que el requerido por actividades y trabajadores:

Control de velocidad del aire Verificación del caudal del aire de acuerdo con las normas Control de distribución del aire dentro de las labores Determinación de pérdidas de aire por el circuito Estudio de las resistencias de las labores mineras Elección e instalación de ventiladores y ductos de ventilación Proyectos y comprobación de las redes de distribución

Tabla  7: Objetivos generales de la ventilaciónProveer el aire necesario para la vida y el desempeño de mineros y maquinariaDiluir y extraer los gases asfixiantes, tóxicos o inflamables que se generan esporádicamente en la minaControlar las concentraciones de polvos y contaminantes nocivos y perjudiciales para las máquinas y equipos, mediante filtración, humidificación, dilución y extracciónControl de la temperatura ambiente de la mina mediante calefacción o refrigeraciónControl de flujos de aire en la mina en caso de incendios subterráneos

El control termo-ambiental se encarga de regular los requerimientos de temperatura y humedad:

Medidas de temperatura Humedad relativa Velocidad del aire

Según Raquel González, la ventilación puede clasificarse en dos grandes modelos: ventilación natural y ventilación mecánica.

Ventilación naturalEste tipo de ventilación, como su nombre lo indica, se logra mediante el flujo natural del aire fresco hacia el interior de un espacio, sin necesidad de equipos de ventilación; sin embargo, en minas profundas, la ventilación de este tipo no es suficiente, pues se genera gracias a las diferencias de presiones y entrada y salida de aire. Esto quiere decir que depende de manera directa de las condiciones climáticas de la zona, según informa el ingeniero Tomás Villegas, coordinador de programa de Ingeniería en Minas, del Departamento de Ingeniería Civil y Minas, de la Universidad de Sonora.

Asimismo, el ingeniero Villegas detalla que es muy importante el volumen de aire dentro de una mina, pues sirve para equilibrar los procesos de trabajo; si no se cuenta con el volumen suficiente, se producirán alteraciones en la presión de entrada y salida del aire. “Entonces”, comenta, “estos aspectos se deben controlar con ventilación auxiliar, o bien, la llamada ventilación mecánica”.

“El modelo de ventilación natural se realiza mediante un circuito establecido para la circulación del aire, para lo que es indispensable que la mina cuente con dos labores de acceso independientes; en otras palabras, dos pozos y dos zanjas”, expone Raquel González. Puntualiza: “El caudal de aire es la cantidad de aire que ingresa a la mina y que sirve para ventilar labores, cuya condición debe ser que el aire fluya de un modo constante y sin interrupciones.”

Entre otros factores que obligan a utilizar la ventilación forzada, se encuentra la profundidad de la mina, la violación de los reglamentos establecidos por las normativas aplicables, las condiciones de los circuitos, la utilización no adecuada de las puertas de ventilación, los altos porcentajes de gases nocivos, el

Tabla  8: Importancia de la ventilación en minas subterráneas1. Brinda oxígeno suficiente, elemento vital para los  trabajadores2. Diluye y remueve el polvo3. Diluye y remueve los gases nocivos4. Reduce las temperaturas5. Brinda confort y seguridadFuente: Mineroartesanal.com

calentamiento de los metales o carbón, y la cantidad de humedad en el aire.

Ventilación mecánicaEl objetivo principal de la ventilación mecánica, o “secundaria”, es, según explica el ingeniero Figueroa Galiano, “Garantizar aire fresco y limpio a los mineros. Para ello se aprovechan las condiciones naturales, empleando equipos y sistemas auxiliares”.

La ventilación mecánica se logra por medio de ventiladores que introducen aire fresco a través de mangas o ductos. Para las labores de minería subterránea, es obligatorio emplear este medio, pues el aire o la ventilación natural son muy restringidos. Además, las consecuencias de un mal control del aire pueden ser catastróficas: mal desempeño de los trabajadores, en el mejor de los casos; enfermedades, como silicosis, siderosis, antracosis, etcétera; posibles explosiones que pueden llegar a cobrar vidas humanas, pérdida de equipos y paralización de actividades.

Para saber qué ventilador resulta mejor para las necesidades subterráneas, es preciso evaluar los objetivos de la mina y la cantidad de obreros, el equipo, entre otros aspectos importantes. En general, los ventiladores se clasifican en tres tipos: los centrífugos, los axiales y los mixtos.

En los ventiladores centrífugos, el aire entra por el canal de aspiración que se encuentra a lo largo de su eje, tomado por la rotación de una rueda con relieves. Ofrece la más alta presión estática y un flujo mediano. Su eficiencia varía entre 60 y 80 por ciento; pueden trabajar a altas velocidades. Pueden considerarse “quietos” si se observa su curva característica; genera menos ruido que los ventiladores axiales y son más serviciales, pero más costosos.

En los ventiladores axiales, el aire ingresa a lo largo del eje del rotor y, luego de pasar a través de las aletas del impulsor o hélice, es descargado en dirección axial. Se les llama también ventiladores de hélice. Ofrecen el más alto flujo de

Tabla 9: Consideraciones para instalación de ventiladoresEvitar los ángulos vivos y las curvaturas demasiado fuertes en el túnel de acceso al ventilador principalPrever una porción final convergente y recta en la cual se colocará el ventiladorEscoger un sitio de instalación del ventilador que esté alejado de zonas de incendio, topografía sujeta a derrumbes, zonas de posibles explosionesEncerrar la instalación del ventilador con el objetivo de evitar que personas imprudentes ingresen a la instalación y causen daños al ventilador mediante palos, varillas o piedras durante su marchaEscoger un sitio para las instalaciones que permitan una buena supervisiónTener en cuenta durante el montaje la ubicación de aquellos elementos que permitan la localización de aparatos de registro del ventilador y la realización de mediciones de presiones dinámicas totales, estática y temperaturasPrever en la instalación contar con un ventilador de reserva que permita hacer rápidamente el cambio correspondiente, en caso de daños en el ventilador de servicioFuente: Ventilación de minas, Manuel Rubén Figueroa Galiano.

aire; su eficiencia oscila el 70 y el 80 por ciento, y son capaces de trabajar a velocidades muy altas. Sus desventajas es que son inflexibles e inestables, además de producir mucho ruido; sus ventajas es que son versátiles y más baratos.

Finalmente, los ventiladores mixtos combinan características de los dos tipos de ventiladores anteriores. Aunque son extremadamente robustos, cuentan con palas reforzadas para manipular gases con polvo en suspensión a temperaturas elevadas. No son tan eficientes como otros tipos de ventiladores, además de que su gama de operaciones está más limitada. Su ventaja consiste en que se perjudican menos por la erosión y la corrosión; por otra parte, si necesita reparaciones, se debe mencionar que las palas pueden soldarse fácilmente.

Sistemas de ventilaciónEl ingeniero Figueroa Galiano reconoce que cualquier esquema de ventilación empleado en una mina es sensible a variaciones o ajustes, pero siempre tomando en cuenta el lugar de colocación del ventilador principal y el sentido de la corriente de aire, la elección de las entradas y salidas de aire, además de la influencia del método de explotación sobre la ventilación.

Ventilación en Bucle: Si la mina cuenta únicamente con un pozo de entrada y un pozo de retorno, la ventilación forma un bucle cuando los dos pozos se encuentran uno al lado del otro

Ventilación Diagonal: Al igual que la anterior, ésta cuenta con dos pozos, la diferencia radica en que el circuito de ventilación sigue un recorrido, donde el trazado se opone al del bucle, en el que generalmente el aire sale en una dirección contraria a la de su entrada

Sistema Impelente: Se impulsa el aire dentro del ducto para que salga por la galería en desarrollo horizontal de poca longitud (máximo 400 metros)

Sistema Aspirante: El aire fresco ingresa por la ductería y el contaminado es extraído. Se utiliza para ventilar desarrollos subterráneos desde la superficie y es el preferido para este tipo de obras

Sistema Mixto: Emplea la combinación de los sistemas impelente y aspirante. Su ventaja es que mantiene una renovación constante de aire. Es la más común en las minas subterráneas por su manga flexible, fácil de trasladar, colocar y operar

  Fuente: construmatica.com

Circuitos de ventilación

De acuerdo con Raquel González, los circuitos de ventilación en minas son dos.

Circuito en Serie: Se caracteriza porque la corriente de aire se mueve sin ramificación, por lo que el caudal permanece constante; en este caso, todas las galerías se conectan extremo a extremo.

Circuito en Paralelo: En este, las labores se ramifican en un punto, en dos o en varios circuitos que se unen en otro punto.

 Fuente: Mineroartesanal.com

La cantidad de aire necesario siempre dependerá de diversos factores:

Número de personas Profundidad Cantidad de equipos diesel que ingresan en la mina Consumo de explosivos

Para garantizar el control óptimo de las condiciones de una mina, se debe monitorear continuamente la atmósfera minera para conocer las concentraciones de gases, a fin de controlar los elementos que puedan poner en peligro la vida de los obreros.

El ingeniero Figueroa Galiano también sugiere que se debe direccionar el interés de los mineros por trabajar en sitios con buena producción y que sean responsables con el medioambiente, ya que se preocuparán también por la seguridad de su personal, lo que significa que mantendrán una buena ventilación como garantía de salubridad y de vida de los trabajadores.

Además, especifica, “lo que no debe perder de vista el especialista ingeniero en ventilación de minas es el correcto empleo de la ventilación, pues da al productor y al inversionista la seguridad suficiente en su personal y su capital, porque reduce o elimina los riesgos laborales en las minas subterráneas. Por otra parte, una correcta seguridad minera y una adecuada ventilación en las labores produce un buen rendimiento del personal y una buena imagen corporativa”.