Aire Atmosfrico:

Aire Atmosfrico:

La composicin del aire puro seco es:

% en volumen % en masa

Nitrgeno78.0975.53

Oxgeno20.9523.14

CO2 0.030.046

Argn, helio, nen, etc. nen, etc.0.931.284

Para efectos prcticos, se puede considerar:

Nitrgeno78%

Oxgeno21%

CO2 + otros 1%

Fuentes de calor en las minas

1. Calor proveniente de la roca:

Debido a la gradiente geotrmica de la corteza terrestre. Depende del tipo de roca, de la zona donde se encuentra ubicada la mina y de su profundidad.

La cantidad de calor transferida desde la roca al aire depender de:

La diferencia de temperatura entre la roca y el aire circulante.

El coeficiente de transferencia de calor de la roca, y

El caudal de aire que circula a travs de la mina. 2.- Autocompresin del aire:

La columna de aire en el pique ejerce una presin cuyo efecto es una reduccin de volumen, y por lo tanto un incremento de temperatura. El incremento de temperatura por efecto de la autocompresin del aire es del orden de 1C por cada 100 m de profundidad.

Otras posibles fuentes de calor son:

Calor generado por el personal, equipos y motores de combustin interna.

Procesos exotrmicos (oxidacin de minerales).

Incendios.

ATMSFERA DE MINA

La cantidad de oxgeno consumida por los seres humanos depende de la intensidad del trabajo que stos desarrollan. Al ingresar a la mina, el aire atmosfrico sufre cambios en su composicin. El N2 sube, el O2 baja, aumenta el CO2 y tambin se produce un aumento del contenido de vapor de agua.

Existe generacin de otros gases y de polvos que se suman a esta nueva composicin

Una persona desarrollando una actividad fsica moderada aspira 1.6 litros de aire que contiene 21% de oxgeno y 0.03% de CO2 por respiracin y expira el mismo volumen de aire conteniendo 16% de oxgeno y 4% de CO2.

De acuerdo con lo establecido en el RSHM, las concentraciones mnima y mxima permisible para estos dos gases es 19.5% para el oxgeno y 0.5% para el CO2.

Una persona desarrollando una actividad fsica intensa consume 3,960 cc/min O2 y expira 4,000 cc/min de CO2.

Por lo tanto, para dotarlo de la cantidad de oxgeno que requiere, habr que abastecer un caudal de aire fresco de no menos de:

Q = 3,960/(0.210-0.195) = 264,000 cc/min o lo que es lo mismo: Q = 0.26 m3 / min y para garantizar una adecuada dilucin del CO2 : Q = 4,000/(0.005-0.0003) = 851,064 cc/min o lo que es lo mismo: Q = 0.86 m3 / min

Al exigir el RSHM un caudal mnimo de 3 m3/min por persona, se estar cubriendo ampliamente este requerimiento.

Requerimiento aire por persona, de acuerdo con el RSHM

De 0.00 msnm a 1500 msnm 3.0 m3/min.De 1501 msnm a 3000 msnm 4.2 m3/min.

De 3001 msnm a 4000 msnm 5.1 m3/min.A ms de 4000 msnm 6.0 m3/min

PRINCIPALES CAUSAS DE CONSUMO DE OXIGENO

1.-Respiracin del personal.

1.-Respiracin del personal.

2.-Equipos de combustin interna

3.-Disparos e incendios (explosivos nitrosos, ANFO).

4.-Descomposicin de sustancias o materias minerales y/u orgnicas.

5.-Presencia de aguas estancadas.

6.-Operaciones bsicas de la explotacin.

7.-Empleo de lmparas de carburo(C2 H2 ).

8.-Talleres de soldadura y otros (humos nitrosos).

La llama de una vela o de un fsforo se apaga cuando el contenido de oxgeno baja del 16%. El encendido del fsforo dentro de las labores mineras es un buen mtodo para detectar la deficiencia del oxigeno, aunque esto no est permitido en las minas de carbn, debido al peligro de explosin por la presencia de metano.

CAPACIDAD DE TRABAJO Y EFICIENCIA

Rendimiento = f (condiciones ambientales) = n

Productividad.

Seguridad.f (n)

Costo de operacin.

Productividad.

Seguridad.

Costo de operacin.

Wr = Rendimiento del trabajador (cal / seg).

Mb = Metabolismo en reposo ( 27 cal / seg).

Mt = Metabolismo en trabajo (cal / seg).

A = Superficie del cuerpo humano (18,000 a 19,000 cm2).

b = Eficiencia del cuerpo humano = (Wr x 100)/Mt - Mb 20%

e = Eficiencia de enfriamiento del aire 20%

he = Capacidad de enfriamiento del aire (cal /cm2 / seg).

La tasa de remocin de calor del cuerpo humano

e x A x he = 0.2 x (18,500) x he = 3700 x he.

Si: b = 20% el cuerpo humano generar 4 unidades de calor por cada una de trabajo til (ms lo que genera normalmente en condicin de reposo).

q = 4 x Wr + 27 cal / seg , calor que deber ser removido por el aire :

4 x Wr + 27 = 3700 x he

es decir: Wr = 925 x he - 6.8 cal / seg.

Cuando: he 7.4 m cal / cm2 /seg, Wr = 0

O sea cuando la capacidad de enfriamiento del aire sea 7.4 m cal / cm2/s, el rendimiento del trabajador ser mnimo. El termmetro Kata toma lecturas directas de he expresados en mcal/cm2/seg.

Necesidad de cuantificar el concepto de Bienestar nos permite presentar el siguiente cuadro

Tipo de trabajohe (mcal/cm2 s)

Sedentario16 - 20

Ligero20 - 30

Arduo30 - 35

Estimacin del caudal de aire requerido en la mina

1. Personal empleado en la operacin (el reglamento exige una caudal de 3 m3/min/hombre) que resulta lo mnimo requerido con respecto a todos los dems requerimientos.

2. Por cantidad de gases emitidos

3. La cantidad de polvo generado.

4. Consumo de explosivos en la mina (es funcin de la cantidad de gases nitrosos generados por cada kg de explosivo empleado). En general, entre 0.4 y 0.5 m3/kg de explosivo detonado.

5. Produccin de la mina (cuanto mayor es la produccin, mayor el caudal de aire requerido).

En general, para una mina mecanizada se recomienda una dotacin de aproximadamente 0.10 m3/s de aire fresco por cada tonelada diaria extrada. Es decir, si una mina subterrnea produce 3,000 t/d de mineral y extrae 500 t/d de desmonte, el caudal de aire requerido ser de aproximadamente: 3,500 * 0.10 = 350 m3/s.

6. Equipo Diesel empleado en la operacin. El RSHM exige 3m3/min/HP instalado, asumiendo que los equipos se encuentran en buenas condiciones de mantenimiento.

Requerimiento de aire en tneles

a) Personal: 3m3 /min/hombre (mnimo)b) Para una adecuada dilucin de humos y polvos: Caudal mnimo = 5.7 m3/min/hombre

Velocidad mnima del aire en el tnel = 9 m/min c) Equipo Diesel:

Caudal mnimo = 3 m3/min/HP (RSHM)

d) Explosivos: (para dilucin de los gases).

Q = 21 A x / t (en m3/s)

t = tiempo en minutos.

A = rea de la seccin transversal en m2 = nmero de veces que se requiere renovar el aire en un tiempo t

Velocidad del aire

En minas:

- Galeras principales: V 120 m/min.

Deber procurarse mantenerla en ms de 60 m/min. No deber excederse los 250 m/min.

- Tajeos: V 60 m/min.

Si el aire es muy fro ( V = 30 m/min

Si el aire es caliente ( V = 90 m/min

Funciones que debe cumplir la ventilacin

1. Suministrar aire fresco para garantizar condiciones ambientales adecuadas al interior de la mina

2. Diluir y/o extraer los gases y polvos nocivos

3. Mantener una temperatura y un contenido de humedad adecuado en el aire de la mina.

Dificultades - En general, es difcil anticipar:

1. La cantidad de gases o polvos que se puedan generar y los lugares precisos donde pueden presentarse condiciones adversas.

2. Las filtraciones y fugas que podran ocurrir en las galeras, sellos y labores antiguas

3. Las condiciones ambientales en las diferentes zonas y niveles de la mina.

DISEO DE UNA LABOR DE VENTILACION

Para determinar la seccin ptima que debe tener una labor que ser usada exclusivamente para ventilacin, se deben considerar los siguientes costos:

a. Costos de operacin (energa).

b. Costos de capital (inversin en el desarrollo de la labor).

Se deber buscar procurar por tanto, que el costo total anual sea el ms bajo posible, lo cual permitir determinar el tamao ms econmico de la labor.

Ctotal = Coperacin + Ccapital

Ct = Co + Cc

A. COSTO DE CAPITAL: (Cc)

Cc = Lf * A * Cd * Cf

donde :

Lf = Longitud de la labor (m)

A = Seccin transversal (m2)

Cd = Costo de excavacin (US$/m3)Cf = Costo de capital.

Cf = i*(i+1)n / (1 + i)n -1] + Cm( o/o)

Cf = factor recuperacin de capital (A/P ; i% ;n)

i = inters anual, % (i 10%)

n = nmero de aos de servicio de la deuda

Cm = (Costo mantenimiento, seguros, imp) = (3%).B. COSTO DE OPERACIN:Co = Potenciaeje * Ce;Ce = Costo energa, US$/watt- aon = Potencia aire

Potencia eje

Como:

R =KC**L

A31.2

K = Const. de Atkinson (kg/m3)

C = Permetro de la seccin, m

L = Long. total= (Lf + Le); Le= Long. equivalente, mQ = Caudal, m3/segA = Area, m2n = Eficiencia mecnica del ventilador

Si "Le" es pequea, sta puede ser omitida.

El costo total sera por tanto:

Considerando una labor circular:

C = * D = 3.14*D ; A = * D2 /4= 0.785 * D2Reemplazando en la ecuacin anterior, se tiene: