VENTILACIÓN MINERA Y SUBTERRÁNE SUBTERRÁNEA A
ERGONOMIA
I.
INDICE GENERALIDADES.................... GENERALIDADES .......................................... ............................................. ............................................. ..................................... ...............4 1.
2. II.
IV.. IV
V.
VI.
A.
Venlación .............................................................................................. ..............................................................................................4 4
B.
Venlación Forzada................................................................................. Forzada.................................................................................4 4
C.
Venlación Natural ................................................................................. .................................................................................4 4
D.
Venlación selecva ............................................................................... ...............................................................................4 4
E.
Inltración............................................................................................... Inltración ...............................................................................................5 5
F.
Venlación Ven lación industrial .............................................................................. 5
G.
Venlación Minera.................................................................................. Minera ..................................................................................5 5
H.
Ergonomía............................................................................................... Ergonomía ...............................................................................................5 5
I.
Gaseado .................................................................................................. ..................................................................................................5 5
J.
Enfermedad Profesional ......................................................................... 5
K.
Enfermedad Ocupacional........................................................................ Ocupacional........................................................................ 6
OBJETIVOS ........................................................................................................... ...........................................................................................................6 6
NOCIONES PRELIMINARES..................... PRELIMINARES........................................... ............................................ ............................................ .......................6. 1.
Condiciones de trabajo, seguridad y salud ocupacional en la minería del Perú . 6
2.
Marco Normavo Nacional.................................................................................. Nacional..................................................................................7 7
3. III.
DEFINICIONES ...................................................................................................... ......................................................................................................4 4
A.
Constución Políca del Perú ................................................................. 7
B.
Ley General de la Salud........................................................................... Salud ........................................................................... 7
C.
Código Civil ............................................................................................. .............................................................................................7 7
D.
Código Penal ........................................................................................... ...........................................................................................7 7
Competencia Administrava Administrava sobre la Seguridad y Salud en el Trabajo rabajo............... ............... 7
EFECTOS EN LA SALUD Y FUENTES DE ORIGEN DE LOS CONTAMINANTES ................... ...................8 8 1.
Estadísca ............................................................................................................ ............................................................................................................8 8
2.
Fuentes y efectos en la salud ............................................................................... ...............................................................................9 9
3.
Límites máximos permisibles de los gases más frecuentes en las minas .......... 10
PLANIFICACIÓN DE LA VENTILACIÓN..................... VENTILACIÓN........................................... ............................................. ............................ .....10 10 1.
Mapeo de venlación ........................................................................................ ........................................................................................10 10
2.
Consecuencias de un mal control minero ......................................................... 11
3.
Causas posibles de una falta de venlación ...................................................... 11
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS MÉTODOS DE VENTILACIÓN DE MINAS: .................. ..................13 13 1.
Venlación Natural: ........................................................................................... ...........................................................................................14 14
2.
Venlación Ven lación Auxiliar: Auxil iar:........................................................................................... ...........................................................................................15 15
3.
Uso de Aire Comprimido: .................................................................................. ..................................................................................17 17
CALCULOS DE LOS CAUDALES REQUERIDOS: .................... .......................................... ....................................... .................19 19
VENTILACIÓN MINERA Y SUBTERRÁNE SUBTERRÁNEA A
ERGONOMIA
I.
INDICE GENERALIDADES.................... GENERALIDADES .......................................... ............................................. ............................................. ..................................... ...............4 1.
2. II.
IV.. IV
V.
VI.
A.
Venlación .............................................................................................. ..............................................................................................4 4
B.
Venlación Forzada................................................................................. Forzada.................................................................................4 4
C.
Venlación Natural ................................................................................. .................................................................................4 4
D.
Venlación selecva ............................................................................... ...............................................................................4 4
E.
Inltración............................................................................................... Inltración ...............................................................................................5 5
F.
Venlación Ven lación industrial .............................................................................. 5
G.
Venlación Minera.................................................................................. Minera ..................................................................................5 5
H.
Ergonomía............................................................................................... Ergonomía ...............................................................................................5 5
I.
Gaseado .................................................................................................. ..................................................................................................5 5
J.
Enfermedad Profesional ......................................................................... 5
K.
Enfermedad Ocupacional........................................................................ Ocupacional........................................................................ 6
OBJETIVOS ........................................................................................................... ...........................................................................................................6 6
NOCIONES PRELIMINARES..................... PRELIMINARES........................................... ............................................ ............................................ .......................6. 1.
Condiciones de trabajo, seguridad y salud ocupacional en la minería del Perú . 6
2.
Marco Normavo Nacional.................................................................................. Nacional..................................................................................7 7
3. III.
DEFINICIONES ...................................................................................................... ......................................................................................................4 4
A.
Constución Políca del Perú ................................................................. 7
B.
Ley General de la Salud........................................................................... Salud ........................................................................... 7
C.
Código Civil ............................................................................................. .............................................................................................7 7
D.
Código Penal ........................................................................................... ...........................................................................................7 7
Competencia Administrava Administrava sobre la Seguridad y Salud en el Trabajo rabajo............... ............... 7
EFECTOS EN LA SALUD Y FUENTES DE ORIGEN DE LOS CONTAMINANTES ................... ...................8 8 1.
Estadísca ............................................................................................................ ............................................................................................................8 8
2.
Fuentes y efectos en la salud ............................................................................... ...............................................................................9 9
3.
Límites máximos permisibles de los gases más frecuentes en las minas .......... 10
PLANIFICACIÓN DE LA VENTILACIÓN..................... VENTILACIÓN........................................... ............................................. ............................ .....10 10 1.
Mapeo de venlación ........................................................................................ ........................................................................................10 10
2.
Consecuencias de un mal control minero ......................................................... 11
3.
Causas posibles de una falta de venlación ...................................................... 11
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS MÉTODOS DE VENTILACIÓN DE MINAS: .................. ..................13 13 1.
Venlación Natural: ........................................................................................... ...........................................................................................14 14
2.
Venlación Ven lación Auxiliar: Auxil iar:........................................................................................... ...........................................................................................15 15
3.
Uso de Aire Comprimido: .................................................................................. ..................................................................................17 17
CALCULOS DE LOS CAUDALES REQUERIDOS: .................... .......................................... ....................................... .................19 19
VENTILACIÓN MINERA Y SUBTERRÁNE SUBTERRÁNEA A
ERGONOMIA
VII.
1.
Generalidades para los cálculos: ....................................................................... .......................................................................19 19
2.
Requerimientos Requerimient os de aire: .................................................................................... ....................................................................................20 20
3.
Flujo de aire en Galerías o Ductos (Ley de Atkinson) ........................................ 24
4.
Circuitos Básicos de Venlación en Minas......................................................... Minas ......................................................... 25
SELECCIÓN DE VENTILADORES:..................... VENTILADORES: ............................................ ............................................. ................................... .............27 27 1.
Clasicación de los Venladores........................................................................ Venladores........................................................................27 27
2.
Punto de Operación del Sistema: S istema: ...................................................................... ......................................................................29 29
3.
Potencia del motor: ........................................................................................... ...........................................................................................29 29
VIII.
LEYES DEL VENTILADOR:.................... VENTILADOR:........................................... ............................................. ............................................ ........................ ..30 30
IX.
CIRCUITOS COMPLEJOS: .................... ........................................... ............................................. ............................................ ........................ ..31 31 1.
Soware de equilibrio de redes de venlación: ................................................ 31
2.
Sistema de monitoreo y control centralizado:................................................... centralizado:................................................... 32
ANEXO .................... ........................................... ............................................. ............................................ ............................................ ....................................... .................32 Requerimientos de aire: ................................................................................................. .................................................................................................32 32 A.
Caudal requerido por el número de personas:..................................... personas: ..................................... 33
B.
Caudal requerido por desprendimien desprendimiento to de gases: ............................... 33
C.
Caudal requerido por tempera temperatura: tura: ..................................................... 33
D.
Caudal requerido por el polvo en suspensión: ..................................... 34
E.
Caudal requerido por la producción: .................................................... 34
F.
Caudal requerido por consumo de explosivo: ...................................... 35
G.
Caudal requerido por equipo Diesel: .................................................... 35
VENTILACIÓN MINERA Y SUBTERRÁNE SUBTERRÁNEA A
ERGONOMIA
VENTILACIÓN MINERA Y SUBTERRÁNEA- MONOGRAFÍA I.
GENERALIDADES 1. DEFINICIONES A. Ventilación
Puede definirse ventilación como aquella técnica que permite sustituir el aire del ambiente interior de un local, considerado inconveniente por su falta de pureza, temperatura inadecuada o humedad excesiva, por otro exterior de mejores características. B. Ventilación Forzada
Es la que se realiza mediante la creación artificial de depresiones o sobrepresiones en conductos de distribución de aire o áreas del edificio. Éstas pueden crearse mediante extractores, ventiladores, unidades manejadoras de aire (UMAs) u otros elementos accionados mecánicamente. C. Ventilación Natural
Es la que se realiza mediante la adecuada ubicación de superficies, pasos o conductos aprovechando las depresiones o sobrepresiones creadas en el edificio por el viento, humedad, sol, convección térmica del aire o cualquier otro fenómeno sin que sea necesario aportar energía al sistema en forma de trabajo mecánico. Tanto la ventilación natural como la forzada se pueden especializar más y dividir de la siguiente forma:
Ventilación por Capas. Ventilación Cruzada. Ventilación por Inyección de Aire o Sobrepresión. Ventilación por Extracción de Aire o Presión Negativa. Ventilación Localizada o Puntual. Ventilación General. D. Ventilación selectiva
La Ventilación selectiva es una estrategia de diseño bioclimático de edificios propuesta por Givoni cuando el contenido de humedad del aire es bajo y de aplicarse estrategias como la ventilación cruzada el edificio tendría incomodidad higrotérmica. Esto debido a que una corriente de aire con bajo contenido de humedad sobre la piel produce su desecación con el Ergonomia
4
consiguiente disconfort. En estos casos la ventilación selectiva se aprovecha de la diferencia de entalpía entre el aire diurno y nocturno favoreciendo el refrescamiento de los espacios interiores de los edificios. Esto implica que durante el día la ventilación de los locales será mínima y deberán ser umbrios (sombreados) reduciendo todo lo posible la incidencia de la radiación solar directa y difusa. Con esto se pueden mantener los locales frescos. E. Infiltración
Es la entrada de aire desde exterior por fenómenos o usos en principio no considerados, pero que afectan o son asumidos para la ventilación, por ejemplo, rendijas en puertas o difusión a través de determinadas superficies. F. Ventilación industrial
La ventilación industrial se refiere al conjunto de tecnologías que se utilizan para neutralizar y eliminar la presencia de calor, polvo, humo,gases, condensaciones, olores, etc. en los lugares de trabajo, que puedan resultar nocivos para la salud de los trabajadores. Muchas de estas partículas disueltas en la atmósfera no pueden ser evacuadas al exterior porque pueden dañar el medio ambiente. G. Ventilación Minera
Las actividades mineras dotaran de aire limpio a las labores de trabajo de acuerdo a las necesidades del personal, las maquinarias y para evacuar los gases, humos y polvos suspendidos que pudieran afectar la salud del trabajador. La ventilación es la técnica más utilizada para controlar los contaminantes de aire en una mina. H. Ergonomía
Es la ciencia, llamada también ingeniería humana, que busca optimizar la interacción entre el trabajador, máquina y ambiente de trabajo con el fi n de adecuar los puestos, ambientes y la organización del trabajo a las capacidades y características de los trabajadores, a fi n de minimizar efectos negativos y, con ello, mejorar el rendimiento y la seguridad del trabajador. I.
Gaseado
Es un término que se emplea para indicar que una persona o varias han sido afectadas por un gas que sobrepasa sus límites permisibles. J.
Enfermedad Profesional
Es todo estado patológico permanente o temporal que sobreviene al Ergonomia
5
trabajador como consecuencia directa de la clase de trabajo que desempeña o del medio en el que se ha visto obligado a trabajar. Es reconocida por el Ministerio de Salud. K. Enfermedad Ocupacional
Es el daño orgánico o funcional ocasionado al trabajador como resultado de la exposición a factores de riesgos físicos, químicos, biológicos y/o ergonómicos, inherentes a la actividad laboral.
2. OBJETIVOS Proveer el aire necesario para la vida y normal desempeño de los hombres y buen funcionamiento de las máquinas y equipos. Diluir y extraer los gases asfixiantes, tóxicos y/o inflamables que se generan esporádica y permanentemente en la mina. Controlar las concentraciones de polvos nocivos para la salud y perjudiciales para el funcionamiento de las máquinas y equipos mineros, mediante filtración, humidificación, dilución y extracción. Controlar la temperatura ambiente de la mina mediante calefacción o refrigeración. Controlar los flujos de aire en la mina en casos de incendios subterráneos.
A fin de lograr este objetivo será necesario: Garantizar una dotación de aire fresco y limpio tanto a los frentes de trabajo, aprovechando las condiciones naturales y empleando medios auxiliares. El método más común para cumplir esta función, es hacer circular aire fresco y limpio en forma continua. El diseño de un sistema de ventilación de mina puede considerarse en dos partes: a) El planeamiento de las necesidades de aire en las labores subterráneas ; y b) El planeamiento de la distribución del flujo de aire a fin de satisfacer dichas necesidades.
II.
NOCIONES PRELIMINARES 1. Condiciones de trabajo, seguridad y salud ocupacional en la minería del Perú
Ergonomia
6
La explotación Minera en el mundo tiene repercusiones económicas, ambientales, laborales y sociales. La minería en general se desarrolla alejado de centros urbanos. Se trabaja con factores físicos adversos ( iluminación, nivel de ruido, vibraciones, trabajo en altura y otros ). Las jornadas de trabajo son extendidas a mas de 10 horas y en algunos casos a mas de 40 días consecutivos.(siendo las jornadas de 14 dias x 7 dias o 20 dias x 10 dias en la mayoria de las mineras) Trabajos en turnos nocturnos y aislados de sus compañeros. No se encuentra información estadística de salud ocupacional.
2. Marco Normativo Nacional A. Constitución Política del Perú
Art. 7º, 9º y 59º.- Derecho de todos a la protección de la salud, el medio familiar y de la comunidad; hay elementos para obligar al Estado, empleadores y trabajadores para prevenir y resolver los problemas… B. Ley General de la Salud
“Cap.VII sobre Higiene y Seguridad en los ambientes de trabajo” Art. 100º. “Establece la obligación por parte de quienes conducen o administran actividades de extracción, producción, transporte y comercio de bienes o servicios de adoptar las medidas necesarias para garantizar en sus ambientes de trabajo, la promoción de la salud y la seguridad de los trabajadores y de terceras personas”. C. Código Civil
Art. 1970º. Señala “Aquel que mediante un bien riesgoso o peligroso o por el ejercicio de una actividad riesgosa o peligrosa causa un daño a otro, esta obligado a repararlo” D. Código Penal
Se tipifica los delitos de violación a la libertad de trabajo entre ellos “El que obliga a otro, mediante violencia o amenaza a trabajar sin las condiciones de seguridad e higiene industriales determinadas por la autoridad”.
3. Competencia Administrativa sobre la Seguridad y Salud en el Trabajo
Ergonomia
Ministerio de Salud (MINSA) Ministerio de Energía y Minas (MEM) - D.S. 014-92-EM Ley General de Minería Art. 209º al 213º 7
Disposiciones sobre Higiene y Seguridad en el Trabajo. - DS 055-2010- EM Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional en Minera - Ley 27474 Ley de Fiscalización de la Actividades Mineras Art. 17º.- Los Fiscalizadores Externos o representante de las Empresas serán considerados como Funcionarios Públicos Ministerio de Trabajo y Promoción Social (MTPS)
III. EFECTOS EN LA SALUD Y FUENTES DE ORIGEN DE LOS CONTAMINANTES 1. Estadística
Datos al 30/06/2013 Fuente: MEM/DTM
Ergonomia
8
2. Fuentes y efectos en la salud GAS
FUENTE
EFECTO
LPP ppm (mg / m3)
LPA ppm (mg/ m3)
Monóxido de Carbono (CO) Incoloro, insípido y sin olor
Tronadura, incompleta, motores
Venenoso Desplaza hemoglobina
40 (46)
458
Anhídrido Carbónico (CO2) Incoloro, sabor ácido y sin olor
Descomposición orgánica, Tronadura, cualquier combustión
Sofocamiento, respiratoria
4000 (7.200)
54.000
Anhídrido Sulfuroso (SO 2) Incoloro, Irritante, olor sulfuroso fuerte
Tronadura
Ataca (H2SO4) mucosas de ojos, nariz y garganta.
1,6 (4)
13
Ácido Sulfhídrico (H 2S) Incoloro, Dulce, olor a huevos podridos
Tronadura, descomposición orgánica y de minerales
Muy Venenoso Irrita mucosas y ataca el sistema nervioso
20 (25)
21
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Combustión Escape
Aceleración
9
Óxidos de Nitrógeno (NxOy) (NO2) Rojizo, insípido y sin olor
Tronadura ANFO Combustión Diesel
Metano( CH4)) Incoloro, insípido y sin olor
Natural de yacimientos de Carbón
y
Ataca (HNO3) tejidos pulmonares, puede tener efecto retardado
25
-
Sofocante, Explosivo
10.000 (1%)
10.000 (1%)
Límite Permisible Ponderado (LPP) Para exposición típica jornadas de 8 horas continuadas y 48 horas/semana Límite Permisible Absoluto (LPA) Límite que no puede excederse en ningún momento. EFECTOS DE LA DEFICIENCIA DE OXIGENO.
Contenido de Oxígeno
Efectos
17 %
Respiración rápida y profunda. Equivale a 2.500 m.s.n.m.
15 %
Vértigo, vahido, zumbido en oídos, aceleración latidos.
13 %
Pérdida de conocimiento en exposición prolongada.
9%
Desmayo e inconsciencia.
7%
Peligro de muerte. Equivale a 8.800 m.s.n.m.
6%
Movimientos convulsivos, muerte.
3. Límites máximos permisibles de los gases más frecuentes en las minas GAS O2 CO NOx CO2 SO2 H2S CH4 H2 Aldehidos
IV.
EN PPM. 25 5 5 000 5 10 5 000 5 000 5
(%) 19,5%, mínimo 0,0025% 0,0005% 0,5% 0,0005% 0,001% 0,5% 0,5% 0,0005%
PLANIFICACIÓN DE LA VENTILACIÓN 1. Mapeo de ventilación El mapeo de ventilación es realizado por dos grupos de trabajadores entrenados en levantar mensuras de ventilación usando anemómetros,
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manómetros y psicrómetros, y mensuras de calidad del aire usando detectores de gases como Passport, Draguer, etc.
Medición de velocidad del aire Antes que una mina empiece a operar, la empresa debe decidir sobre lo siguiente: ¿Qué tipo de métodos de explotación serán usados? ¿Cuantas áreas/secciones se operarán? ¿Cuál es la extensión de las reservas y serán estas explotadas con un sistema de chimeneas? ¿Cuál es la cantidad y tamaño de los túneles a ser explotados? ¿Cuál es la profundidad e inclinación de las reservas? ¿Qué servicios se requieren en los socavones? ¿El trazado de la mina y los tiempos de las actividades?
2. Consecuencias de un mal control minero
Mal desempeño de los trabajadores, lo que repercute en una mala productividad. Hombre/turno. Se producen enfermedades profesionales: Enfermedades generadas por polvos: Neumoconiosis – Ejm. Silicosis, Siderosis, Talcosis, Antracosis, etc. Posibles explosiones o incendios, que se pueden traducir en: Pérdidas humanas Pérdida de equipos - Paralización de las tareas.
3. Causas posibles de una falta de ventilación Puede ser debida a las siguientes causas, estas son:
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•
•
•
•
•
•
La profundidad de la mina. No respetar los reglamentos establecidos. Las malas condiciones de los circuitos: longitud, sección, obstáculos, etc. Mala utilización de las puertas de ventilación. Porcentajes altos de gases nocivos. La humedad del aire.
En la ventilación minera existen tres tipos de control: Control de Calidad Control de cantidad Control termo ambiental
•
•
•
a) Control de Calidad.- Asegura que los contaminantes gases y polvos no rebasen los niveles tolerables o permisibles y comprende: Determinación de los gases nocivos en el ambiente manteniéndolos dentro de los niveles permisibles. Control de polvo ambiental Concentración en el ambiente Tamaño de las partículas Composición mineralógica Tiempo de exposición
b) Control de Cantidad.- Comprende: Control de velocidad del aire Verificación del caudal del aire de acuerdo a las normas Control de distribución del aire dentro de las labores Determinación de pérdidas del 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
c) Control termo ambiental Medidas de temperatura Humedad relativa Velocidad del aire
Las necesidades de aire al interior de la mina, deben ser determinadas en base al personal y el número de equipos que trabajan al interior de las Ergonomia
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labores en los niveles que componen la mina, además de conocer el método de explotación. El cálculo de las necesidades, permitirá ventilar las labores mineras en forma eficiente, mediante un control de flujos tanto de inyección de aire fresco, como de extracción de aire viciado. Esto permite diluir y extraer el polvo en suspensión, gases producto de la tronadura o de la combustión de los vehículos. Para determinar el requerimiento de aire total se utilizan los siguientes parámetros operacionales: ANEXO
Caudal requerido por el número de personas. Caudal requerido por desprendimiento de gases Caudal requerido por temperatura. Caudal requerido por el polvo en suspensión Caudal requerido por la producción. Caudal requerido por consumo de explosivos Caudal requerido por equipo Diesel
Cálculo de los caudales parciales de aire por cada operación: a) Perforación Mecanizada (Jumbo) b) Carguío de explosivos, acuñaduras y trabajos varios interior mina. c) Tronadura de avance (tiempo de dilución de 30 minutos) d) Tronadura de banqueo (tiempo de dilución 180 minutos) e) Caudal requerido por la producción. f) Caudal requerido por carguío y transporte
V. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LOS MÉTODOS DE VENTILACIÓN DE MINAS:
Ergonomia
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1. Ventilación Natural: Es el flujo natural de aire fresco al interior de una labor sin necesidad de equipos de ventilación. En una galería horizontal o en labores de desarrollo en un plano horizontal no se produce movimiento de aire. En minas profundas, la dirección y el movimiento del flujo de aire, se produce debido a las siguientes causas: diferencias de presiones, entre la entrada y salida. Diferencia de temperaturas durante las estaciones.
Flujo De Aire El aire fresco o atmosférico que ingresa a mina, sale como aire contaminado con un menor contenido de oxígeno.
Este aire se introduce por la bocamina principal de ingreso, recorriendo el flujo del aire por la totalidad del circuito de ventilación, hasta la salida del aire por la otra bocamina.
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Para que funcione la ventilación natural tiene que existir una diferencia de alturas entre las bocaminas de entrada y salida. En realidad, más importante que la profundidad de la mina es el intercambio termodinámico que se produce entre la superficie y el interior. La energía térmica agregada al sistema se transforma a energía de presión, susceptible de producir un flujo de aire (el aire caliente desplaza al aire frío produciendo circulación). La ventilación natural es muy cambiante, depende de la época del año, incluso, en algunos casos, de la noche y el día.
Dado que, la VENTILACIÓN NATURAL es un fenómeno de naturaleza inestable y fluctuante, en ninguna faena subterránea moderna debe utilizarse como un medio único y confiable para ventilar sus operaciones.
2. Ventilación Auxiliar: Como ventilación auxiliar o secundaria, definimos aquellos sistemas que, haciendo uso de ductos y ventiladores auxiliares, ventilan áreas restringidas de las minas subterráneas, empleando para ello circuitos de alimentación de aire fresco y de evacuación del aire viciado que les proporciona el sistema de ventilación general.
Velocidad del subterráneas
aire
en
labores
En toda labor la velocidad del aire no será menor de : 20 m/min (0.33 m/s); ni superior a 250 m/min (4.2 m/s) Cuando se emplee explosivo ANFO u otros agentes de voladura la velocidad del aire no será menor de: 25 m/min (0.42 m/s)
Artículo 236º DS-055-2010-EM.
El titular minero dotara de aire limpio a las labores de
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15
trabajo de acuerdo a las necesidades del trabajador, de los equipos y para evacuar los gases, humos y polvo suspendido que pudieran afectar la salud del trabajador.
Por extensión, esta definición la aplicamos al laboreo de túneles desde la superficie, aun cuando en estos casos no exista un sistema de ventilación general. Los sistemas de ventilación auxiliar que pueden emplearse en el desarrollo de galerías horizontales, utilizando ductos y ventiladores auxiliares son:
Sistema impelente: El aire es impulsado dentro del ducto y sale por la galería en desarrollo ya viciado. Para galerías horizontales de poca longitud y sección (menores a 400 metros y de 3.0 x 3.0 metros de sección), lo conveniente es usar un sistema impelente de mediana o baja capacidad, dependiendo del equipo a utilizar en el desarrollo y de la localización de la alimentación y evacuación de aire del circuito general de ventilación de la zona. (Ver figura 1).
Sistema aspirante: El aire fresco ingresa a la frente por la galería y el contaminado es extraído por la ductería. Para ventilar desarrollos de túneles desde la superficie, es el
Ergonomia
16
sistema aspirante el preferido para su ventilación, aun cuando se requieren elementos auxiliares para remover el aire de la zona muerta, comprendida entre la frente y el extremo de la ductería de aspiración. (Ver figura 1).
Un tercer sistema es el combinado, aspirante-impelente, que emplea dos tendidos de ductería, una para extraer aire y el segundo para impulsar aire limpio a la frente en avance. Este sistema reúne las ventajas de los dos tipos básicos, en cuanto a mantener la galería y la frente en desarrollo con una renovación constante de aire limpio y en la velocidad de la extracción de los gases de disparos, con la desventaja de su mayor costo de instalación y manutención.
Para galerías de mayor sección (mayor a 12 m 2), y con una longitud sobre los 400 metros, el uso de un sistema aspirante o combinado es más recomendable para mantener las galerías limpias y con buena visibilidad para el tráfico de vehículos, sobre todo si éste es equipo diesel. (Ver figura 1). Hoy día, es la ventilación impelente la que más se usa, ya que el ducto es una manga totalmente flexible, fácil de trasladar, colocar y sacar. En este caso, el ventilador al soplar infla la manga y mueve el aire. En el caso de la ventilación aspirante, estas mangas deben tener un anillado en espiral rígido lo que las hace muy caras. El uso de sistemas combinados, aspirante – impelentes, para ventilar el desarrollo de piques verticales, es también de aplicación práctica cuando éstos se desarrollan en forma descendente y la marina se extrae por medio de baldes . En estos casos, el uso de un tendido de mangas que haga llegar aire fresco al fondo del pique en avance es imprescindible para refrescar el ambiente. La aplicación de sistemas auxiliares para desarrollar galerías verticales está limitada a su empleo para ventilar la galería donde se inicia el desarrollo de la chimenea o pique, dado que la destrucción de los tendidos de ductos dentro de la labor vertical por la caída de la roca en los disparos es inevitable (en su reemplazo se utiliza el aire comprimido).
3. Uso de Aire Comprimido:
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Por su alto costo, en relación a la ventilación mecanizada, el uso del aire comprimido para atender la aireación de desarrollos debe limitarse exclusivamente a aquellas aplicaciones donde no es posible por razones prácticas el utilizar sistemas auxiliares de ventilación como es el caso particular del desarrollo manual de chimeneas o piques inclinados. Figura 1.
El uso de sopladores de aire comprimido para ventilar los desarrollos horizontales, se debe limitar a aquellas galerías de pequeña sección que por la falta de espacio físico no hacen posible los tendidos de mangas de ventilación y para acelerar la salida de los gases en los sistemas aspirantes, instalando los sopladores en el extremo de la cañería de aire comprimido cercana a las frentes (zona muerta), siempre que no sea posible el uso de ventiladores eléctricos portátiles con manga lisa que impulse aire a la frente en avance.
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Art. 236 D.S. 055-2010. En las labores de desarrollo y preparacion se instalara mangas de ventilacio n a no menos de quince (15) metros del frente de disparo.
VI.
CALCULOS DE LOS CAUDALES REQUERIDOS: 1. Generalidades para los cálculos: El objetivo principal de un estudio de ventilación de minas, es determinar la cantidad y calidad del aire que debe circular dentro de ella. Los factores que influyen en la determinación de este caudal, dependen
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de las condiciones propias de cada operación y del método de explotación utilizado. El caudal necesario, para satisfacer las necesidades tanto del personal como de los equipos que en conjunto laboran al interior de la mina, se establecen de acuerdo a los requerimientos legales, normas de confort y eficiencia del trabajo. Este caudal debe garantizar la dilución de los gases generados tanto por los equipos y maquinarias de combustión interna (Diesel), como los gases provenientes de la tronadura y los polvos asociados a las distintas operaciones. El aire, al pasar por una mina sufre cambios en su composición, principalmente de disminución de oxígeno. En minas poco profundas, el clima dentro de las minas, no presenta mayores preocupaciones, pero cuando tienen profundidades superiores a 1.000 metros, éste es un problema que debe ser atendido. La acción de temperaturas elevadas sobre el personal, pueden incluso provocar la muerte.
Ventiladores Minas de Carbón en Virginia, U.S.A.
2. Requerimientos de aire: Aire Atmosférico El aire atmosférico es una mezcla de una serie de gases, cada uno de los cuales tiene propiedades físicas y químicas propias. La composición del aire puro seco es: Gases
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% en Volumen
% en Masa
20
Nitrógeno Oxígeno Dióxido de Carbono Argón, helio, neón, etc.
78,09 20,95 0,03 0,93
75,53 23,14 0,046 1,284
Propiedades del Aire
-
-
Densidad. Gravedad Específica. Presión Atmosférica. Humedad Relativa. Temperatura. Viscosidad
La densidad del aire a nivel del mar y a 21 grados centígrados es de 1,2 Kg/m3. En atmosferas normales, el aire seco no existe ya que normalmente contiene un porcentaje variable de vapor de agua (0,1 y 4% de su masa) La masa de un gas determinado presente en un espacio de 1m3 dependerá de su temperatura y la presión ejercida sobre el mismo. La presion ejercida en un gas estara constituida por la presion atmosferica y las presiones adicionales generadas por medios meca nicos tales como ventiladores o compresores.
La humedad del aire en la mina proviene de la humedad que entra del exterior y de la evaporación de las aguas interiores. Se mide con el higrómetro. También la temperatura se ve modificada por distintas razones:
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A parr de los 300 metros de profundidad la temperatura de la roca asciende 1º C cada 33 metros.
Deshulle.
Complejidad del recorrido de las galerías.
Calentamiento de tuberías y maquinas.
Oxidaciones.
Personal.
Para conseguir una buena temperatura ambiente hay que aislar o disminuir las fuentes de calor, mejorar la ventilación y realizar acciones complementarias refrigerantes.
El Aire y la Altura En las alturas el % de oxigeno de 20,95 % disminuye a 19,5 % y su densidad baja de 1,2 Kg/m3 a 0,75 Kg/m3 según altitud. A una altura de aproximadamente 4500 msnm. La densidad es de 0,75 Kg/m3, existe una disminución de oxígeno el cual se debe a que en la altura la presión barométrica disminuye y con ello la presión parcial del oxígeno disminuye, disminuye el número de moléculas de oxígeno en un pie Cúbico requeridos por la sangre. Por esto cuando inhalamos el aire en la altura sentimos los efectos del sueño, dolor de cabeza, mareos, debido a la presión y a la menor cantidad de oxígeno.
Aire Atmosférico de la Mina El aire atmosférico al ingresar a la mina sufre cambios en su composición. El N2 sube, el O2 baja, aumenta el CO2 y también se produce aumento de vapor de agua. Existe generación de gases y polvos que también se suman a esta nueva composición aumenta su T, humedad y peso específico. Causas: - Respiración de los hombres - Equipos de combustión interna - Voladuras e incendios (Explosivos nitrosos, ANFO) - Descomposición de sustancias o materiales minerales y/u Ergonomia
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orgánicas. Presencia de aguas estancadas. Operaciones básicas de la explotación. Talleres de soldadura y otros (humos nitrosos)
Aire exhalado por los Pulmones 79 % 17 % 4% 100 %
Nitrógeno Oxígeno Anhídrido Carbónico Total
79 % 16 % 5% 100%
Nitrógeno Oxígeno Anhídrido Carbónico Total
Este aire exhalado, ya no es apto para la respiración normal porque el porcentaje de oxigeno mínimo para respirar es de 19,5 % y el máximo permitido de CO2 es de 0,5 % por lo que hay que proveerse de aire nuevo para que el CO 2 no vaya creciendo y vaya disminuyendo el O 2 y la persona muera por asfixia, que es diferente del caso de deficiencia de Oxigeno sin aumento de CO 2. El caudal parcial para cada operación se deberá calcular, de acuerdo a normativa de suministrar 3.0 m3/min por cada HP motor de todo equipo diesel en operación. Al caudal de aire obtenido, según flota diesel operativo, se le debe agregar el caudal requerido por la totalidad de personas trabajando al interior de la mina. Una vez calculados los caudales, según los distintos aspectos considerados (puntos a) hasta f), se debe efectuar un análisis para determinar cuál caudal se debe considerar y cuál suma de ellos. Luego, a la cantidad determinada es aconsejable considerar un porcentaje de aumento a causa de pérdidas y filtraciones, por ejemplo, un 30 %. Q filtraciones = 30% de Q requerido Por lo tanto:
Q TOTAL = [Q requerido + Q filtraciones ]
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Ventiladores Mina El Salvador
3. Flujo de aire en Galerías o Ductos (Ley de Atkinson) Cuando el aire fluye a través de un ducto o galería minera, la presión requerida para mover el aire a través de él depende no sólo de la fricción interna, sino también del tamaño, longitud, forma del ducto, velocidad y densidad del aire. Todos estos factores son considerados en la ecuación de J. Atkinson, denominada “Ley de Atkinson”
Donde P = Pérdida de presión [Pa] K = Factor de fricción [Ns²/m4] C = Perímetro [metros] L = Longitud [m.] V = Velocidad [m/s.] A = Área [m²] A partir de esta ley, se pueden calcular K y la caída de presión estática. En adelante, se usará la letra P para el cálculo de potencia y la caída de presión (pérdida de presión) se pasará a llamar H.
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Conocidos el Caudal (Q) y la Caída de Presión (H) a cierta densidad del aire (W), se establece el punto operacional para el sistema.
4. Circuitos Básicos de Ventilación en Minas 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
PROPIEDADES:
el caudal que pasa por cada labor es el mismo Qt = Q1 = Q2 =........= Qn la caída de presión total es igual a la suma de caídas de presiones parciales: Ht = H1 + H2 +.....+ Hn Luego, como H = R*Q 2 Ht = R1 * Q1 2+ R2*Q22+............+ Rn * Qn2 Rt * Qt2= R1 * Q1 2+ R2 * Q22+.......+ Rn * Qn 2 Como Qt = Q1 = Q2 =.........= Qn Quedará: Rt = R1 + R2 + R3 +........+ Rn
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Circuito de Ventilación en Paralelo En la unión en paralelo, las labores se ramifican en un punto, en dos ovarios circuitos que se unen en otro punto:
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CARACTERÍSTICAS: La característica básica de las uniones en paralelo, es que las caídas de presión de los ramales que la componen son iguales, independientemente del, largo, resistencia y cantidad de aire. H1 = H2 = H3 =....=Hn E l caudal total del sistema de galerías en paralelo, es igual a la suma de los caudales parciales. Qt = Q1 + Q2 + Q3 + .....+ Qn La raíz cuadrada del valor recíproco de la resistencia aerodinámica del circuito, es igual a la suma de las raíces cuadradas de los valores recíprocos de las resistencias aerodinámicas parciales. 1 /√ R = 1 / √ R1 + 1 / √ R2 +..............+ 1 / √ Rn
VII. SELECCIÓN DE VENTILADORES: 1. Clasificación de los Ventiladores Ventiladores Axiales
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Ventiladores Centrífugos
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En este tipo de ventiladores, el aire ingresa a lo largo del eje del rotor y luego de pasar a través de las aletas del impulsor o hélice, es descargado en dirección axial. También se les llama ventiladores de hélice.
Presión estática media Ofrece el más alto flujo de aire Eficiencia entre 70 y 80% Trabajan a velocidades más altas Producen los niveles de ruido más alto Son más baratos y compactos
En estos ventiladores el aire entra por el canal de aspiración que se encuentra a lo largo de su eje, cogido por la rotación de una rueda con alabes.
Ofrece la más alta presión estática, un flujo mediano. Su eficiencia varía entre 60 y 80% Pueden trabajar a altas velocidades Son más costosos Produce menos ruido
Para ventilar una mina se necesitan ciertas cantidades de flujo de aire, con una caída de presión determinada, a cierta densidad del aire. Conocidas la caída y el caudal de la mina (Punto de operación del sistema), existen casi un número infinito de ventiladores en el mundo que satisfacen el punto operacional adecuado. Se deberá especificar el punto de operación (Q vs. H Sist.) del ventilador requerido, a fin de que los proveedores coticen la unidad ventiladora Ergonomia
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con la potencia de motor eléctrico correspondiente, que satisfaga dicho punto. La especificación debe incluir además, la altura geográfica en donde se instalará dicho equipo.
2. Punto de Operación del Sistema: Existen cientos de ventiladores que satisfacen cada Caída-Caudal característica. Además, cada ventilador puede variar su velocidad (RPM), las paletas o el diámetro. Todas estas características, esenciales para la selección del ventilador adecuado, pueden ser obtenidas de los fabricantes. Las curvas de funcionamiento vienen trazadas en función de las variables operacionales principales: Caídas de Presión ( H), Caudal (Q ), Potencia (P) y Eficiencia (η) a densidad de aire normal, que a nivel del mar es de [¨1.2 Kg /m³] (W) A una altura de 3.600 m.s.n.m. por ejemplo, la densidad del aire es de [0.866 Kg/m³], razón por la que la densidad debe corregirse por aquélla en donde se desempeñará la unidad. La forma habitual del trazado de curvas es graficar el Caudal versus las demás variables (caída estática, caída total, potencia al freno, eficiencia estática y eficiencia total). Normalmente, se logra una ventilación efectiva cuando se emplean varios ventiladores principales, los que se ubican de preferencia en las galerías principales de ventilación o en piques en la superficie y se distribuyen de manera que la carga o caída de presión del sistema esté dividido en forma equitativa entre los ventiladores.
3. Potencia del motor: La potencia que se debe instalar, con un factor de servicio de al menos 1.15, es mayor que la Potencia a consumir Las consideraciones que deben hacerse para calcular la potencia del motor son:
Q = Caudal de aire en m³/seg. H = Depresión del circuito en Pa (presión estática en Pascales) P = Potencia del motor en kW. Ergonomia
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η = Eficiencia del ventilador, la cual varía entre 70 a 85% (dependiendo de la fabricación, tamaño y punto de trabajo). AHP = Potencia necesaria para mover el caudal Q de aire en un circuito cuya depresión es H, en kW. BHP = Potencia al freno del ventilador, en kW. DE = Eficiencia de la transmisión, la cual varía entre 90% para transmisión por poleas y correas, y 100% para transmisión directa. ME = Eficiencia del motor, la cual varía entre 85% a 95%. Como la Potencia del motor es directamente proporcional a la cantidad de aire y a la pérdida de presión del circuito se tendrá que: 1) AHP = Q x H / 1000 2) BHP = Q x H / 1000 x η 3) P = Q x H / 1000 x η x DE x ME
VIII. LEYES DEL VENTILADOR: Se considera N = la velocidad de rotación del ventilador. La forma en que afecta al volumen de aire movido, a la presión capaz de producir y a la energía absorbida por el ventilador, constituyen las leyes de rendimiento básico de cualquier ventilador. Estas relaciones son: Q≈N H ≈ N² P ≈ N³ Estas leyes se aplican prescindiendo del sistema de unidades usadas, siempre que sean consistentes. Su importancia radica en que si la resistencia del sistema contra el cual está operando el ventilador no cambia, aunque aumentamos la velocidad del ventilador, por ejemplo al doble: Q1/Q2 = N1/N2 = ½ > Q2 = 2 x Q1 (El Caudal aumenta al doble) H1/H2 = (N1/N2)² = ¼ > H2 = 4 x H1 (La Presión aumenta 4 veces) P1/P2 = (N1/N2)³ = 1/8 > P2 = 8 x P1 (La Potencia aumenta 8 veces)
Esto indica que la decisión de aumentar la velocidad del ventilador tiene efectos considerables en la energía requerida. Ergonomia
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IX.
CIRCUITOS COMPLEJOS: Cuando la conexión entre las galerías se hace más complicada, no pudiendo reconocer en el circuito conexiones en paralelo, serie o diagonal, se debe recurrir a otros métodos de cálculo más complejos que, generalmente, requieren ayuda de instrumentos y/o computadores.
1. Software de equilibrio de redes de ventilación: Una vez resuelto el caudal resultante, se puede realizar una simulación de la malla definitiva del proyecto, imponiendo en la rama que representa la estocada en que se instalará el ventilador principal, el caudal de aire de diseño y la presión estática del punto. El trazado estará compuesto además por la vía principal de aire fresco y la chimenea de extracción general conectada con la superficie. Para imputar los datos de cada una de las ramas, se define una malla equivalente tomando como soporte por ejemplo, el dibujo en AutoCad del circuito asociado al Proyecto. Se carga el software con la malla real del circuito, asignando las cotas y largos reales a cada tramo. Para la simulación, se requieren los siguientes parámetros generales:
Densidad del aire : 1,2 Kg/m³ (sin factor de corrección) Eficiencia del Ventilador : 75% (por defecto) Coeficientes de fricción : K
Para abordar las distintas situaciones a las que se verá enfrentada la explotación del proyecto, se generan varios escenarios representativos. Cuando se desea evitar que el caudal de aire aumente en demasía en una dirección, se
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deberá adecuar un regulador cuya dimensión variará de acuerdo a cada escenario. El escenario más desfavorable o de mayor resistencia debe sensibilizarse con los valores del consumo de energía y de la construcción. Entre dos alternativas que presenten un gasto combinado energético y de construcción similar, se preferirá aquélla que acepte mayor caudal de aire, por si las condiciones de explotación de otro sector así lo necesitan. De acuerdo al resultado de esta simulación, que entrega como producto final el “punto de operación del sistema” (ejemplo: Caudal Q = 1.600 m³/min. y Caída de presión Ps = 127 mm de columna de agua), se seleccionarán los ventiladores de la instalación.
2. Sistema de monitoreo y control centralizado: Dado que la instalación de ventiladores de mediana capacidad, actuando como reforzadores para atender niveles de producción, reducción y hundimiento, es una opción de alta probabilidad de implementación futura, es necesario que, en la eventualidad de proponer la instalación y operación masiva de un alto número de tales ventiladores al interior de los sectores, se considere la implementación de un Sistema de Monitoreo y Control Centralizado (del tipo Inteligente ó Semi-inteligente) del estado y operación de estos equipos. El mismo concepto es válido para la eventualidad de que, al interior del proyecto se proponga instalar reguladores de flujos de aire, los cuales además de poder ser operados en forma manual (control local), puedan también ser conectados a un sistema de monitoreo y control a distancia (actuación de tipo tele comandado).
ANEXO Requerimientos de aire: Las necesidades de aire al interior de la mina, deben ser determinadas en base al personal y el número de equipos que trabajan al interior de las labores en los niveles que componen la mina, además de conocer el método de explotación. El cálculo de las necesidades, permitirá ventilar las labores mineras en forma eficiente, mediante un control de flujos tanto de inyección de aire fresco, como de extracción de aire viciado. Esto permite diluir y extraer el polvo en suspensión, gases producto de la
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tronadura o de la combustión de los vehículos. Para determinar el requerimiento de aire total se utilizan los siguientes parámetros operacionales: A. Caudal requerido por el número de personas:
Se exige una corriente de aire fresco de no menos de tres metros cúbicos por minuto (3 m³/ min.) por persona, en cualquier sitio del interior de la mina. Q= F x n (m³/ min.) Donde Q = Caudal total para “n” personas que trabajen en interior mina (m ³/ min.) F = Caudal mínimo por persona (3 m³/ min.) n = Número de personas en el lugar. A pesar que este método es utilizado con frecuencia, s e debe considerar “F” sólo como referencia, pues no toma en cuenta otros factores consumidores de oxígeno, como lo son la putrefacción de la madera, la descomposición de la roca, la combustión de los equipos, etc.
B. Caudal requerido por desprendimiento de gases:
Q= 0.23 x q (m³/ min.)
Donde
Q = Caudal de aire requerido por desprendimiento de gases durante 24 horas q = volumen de gas que se desprende en la mina durante las 24 horas C. Caudal requerido por temperatura:
Se señala que la temperatura húmeda máxima en el interior de la mina no podrá exceder de 30 º C, para jornadas de trabajo de 8 horas. Como norma para el cálculo del aire respecto a la temperatura, se dan los siguientes valores:
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HUMEDAD RELATIVA < ó = 85 % > 85 %
TEMPERATURA SECA 24 a 30 º C > 30 º C
VELOCIDAD MINIMA 30 m/min 120 m/min
Para una labor de 20 m² (5 X 4 m.) 600 m³/min 2240 m³/min
D. Caudal requerido por el polvo en suspensión:
El criterio más aceptado es hacer pasar una velocidad de aire determinado por las áreas contaminadas y arrastrar el polvo, a zonas donde no cause problemas. La velocidad promedio en los lugares de trabajo no debe ser inferior a los quince metros por minuto (15 m/min). Para lugares con alta generación de polvo, este valor puede ser considerado hasta un 100% mayor. Hasta ahora, no hay método de cálculo aceptado por todos, que tome en cuenta el polvo en suspensión. Pero, velocidades entre 30 a 45 m/min son suficientes para mantener las áreas despejadas. En Chile, la velocidad máxima permitida en galerías con circulación de personal es de 150 m/min. Reglamento de Seguridad Minera (“RSM”). E. Caudal requerido por la producción:
Este método es usado generalmente en minas de carbón. Para minas metálicas, se debe tomar en cuenta el consumo de madera, ya que ésta fijará el porcentaje de CO 2 existente en la atmósfera. El cálculo se basa sobre la suposición de que la cantidad de gas (CH 4 y CO2) que se desprende es proporcional a la producción, expresado en forma matemática: Q = T x u (m3/min) Donde Q = Caudal requerido por toneladas de producción diaria (m 3/min.) u = norma de aire por tonelada de producción diaria expresada en (m 3/min.) T = Producción diaria en toneladas. Para minas de carbón, "u" varía generalmente entre 1 a 1,7 (m 3/min.). En minas metálicas, con poco consumo de madera, varía entre 0,6 a 1 (m 3/min.). Si el consumo de madera es alto, puede llegar hasta 1,25 (m 3/min.) Un buen criterio es SUMAR el caudal necesario calculado según el personal que Ergonomia
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trabaja en la mina, con el caudal necesario calculado según el equipo Diesel y aumentar este total en un 20% o más por cortocircuitos o pérdidas. F. Caudal requerido por consumo de explosivo:
La fórmula que se conoce para este cálculo puede ser criticada, ya que no toma en cuenta varios factores que se expondrán después de presentarla. Al tratarse de minas metálicas, este método es el que más se usa. Toma en cuenta la formación de productos tóxicos por la detonación de explosivos, el tiempo que se estima para despejar las galerías de gases y la cantidad máxima permitida, según normas de seguridad, de gases en la atmósfera. Para el cálculo de este caudal, se emplea la siguiente relación empírica: Q = 100 x A x a (m3/min.) dxt Donde Q= A= a= a= d=
Caudal de aire requerido por consumo de explosivo detonado (m3/min.) Cantidad de explosivo detonado, equivalente a dinamita 60% (Kg.) Volumen de gases generados por cada Kg. de explosivo. 0.04 (m³/Kg. de explosivo); valor tomado como norma general % de dilución de los gases en la atmósfera, deben ser diluidos a no menos de 0.008 % y se aproxima a 0.01 % t = tiempo de dilución de los gases (minutos); generalmente, este tiempo no es mayor de 30 minutos, cuando se trata de detonaciones corrientes. Reemplazando en la fórmula tendremos: Q = (0,04 x A x100)/(30 x 0,008) m 3/min. Entonces, tendríamos finalmente: Q = 16,67 x A (m3/min) La fórmula trata este caso como si fuera a diluir los gases dentro de un espacio cerrado, lo que no es el caso de una mina donde parte de los gases se eliminan continuamente de la frente por el volumen de aire que entra. Además, los gases tóxicos se diluyen continuamente con la nube de gases en movimiento con el aire limpio. Por último, cada gas tóxico que se produce tiene propiedades distintas a las demás, luego necesitan diferentes porcentajes de dilución, entonces "d" dependerá del explosivo que se esté usando. G. Caudal requerido por equipo Diesel:
Artículo N° 236 DS 055 2010 EM 3.00 (m3/min) por HP al freno del equipo para Ergonomia
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