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VENTILACIN MINERA Y SUBTERRNEA ERGONOMIA
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VENTILACIN MINERA Y SUBTERRNEA ERGONOMIA
INDICE
I. GENERALIDADES......................................................................................................4
1. DEFINICIONES ......................................................................................................4
A. Venlacin ..............................................................................................4
B. Venlacin Forzada.................................................................................4
C. Venlacin Natural .................................................................................4
D. Venlacin selecva ...............................................................................4
E. Inltracin...............................................................................................5
F. Venlacin industrial ..............................................................................5
G. Venlacin Minera..................................................................................5
H. Ergonoma...............................................................................................5
I. Gaseado ..................................................................................................5
J. Enfermedad Profesional .........................................................................5
K. Enfermedad Ocupacional........................................................................6
2. OBJETIVOS ...........................................................................................................6
II. NOCIONES PRELIMINARES........................................................................................6
1. Condiciones de trabajo, seguridad y salud ocupacional en la minera del Per . 6
2. Marco Normavo Nacional..................................................................................7
A. Constucin Polca del Per ................................................................. 7
B. Ley General de la Salud...........................................................................7C. Cdigo Civil .............................................................................................7
D. Cdigo Penal ...........................................................................................7
3. Competencia Administrava sobre la Seguridad y Salud en el Trabajo............... 7
III. EFECTOS EN LA SALUD Y FUENTES DE ORIGEN DE LOS CONTAMINANTES ...................8
1. Estadsca ............................................................................................................8
2. Fuentes y efectos en la salud ...............................................................................9
3. Lmites mximos permisibles de los gases ms frecuentes en las minas .......... 10
IV. PLANIFICACIN DE LA VENTILACIN.......................................................................10
1. Mapeo de venlacin ........................................................................................10
2. Consecuencias de un mal control minero .........................................................11
3. Causas posibles de una falta de venlacin ......................................................11
V. DESCRIPCIN GENERAL DE LOS MTODOS DE VENTILACIN DE MINAS: ..................13
1. Venlacin Natural: ...........................................................................................14
2. Venlacin Auxiliar: ...........................................................................................15
3. Uso de Aire Comprimido: ..................................................................................17
VI. CALCULOS DE LOS CAUDALES REQUERIDOS: ...........................................................19
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VENTILACIN MINERA Y SUBTERRNEA ERGONOMIA
1. Generalidades para los clculos: .......................................................................19
2. Requerimientos de aire: ....................................................................................20
3. Flujo de aire en Galeras o Ductos (Ley de Atkinson) ........................................ 24
4. Circuitos Bsicos de Venlacin en Minas.........................................................25
VII. SELECCIN DE VENTILADORES:...............................................................................27
1. Clasicacin de los Venladores........................................................................27
2. Punto de Operacin del Sistema: ......................................................................29
3. Potencia del motor: ...........................................................................................29
VIII. LEYES DEL VENTILADOR:.........................................................................................30
IX. CIRCUITOS COMPLEJOS: .........................................................................................31
1. Soware de equilibrio de redes de venlacin: ................................................ 31
2. Sistema de monitoreo y control centralizado:................................................... 32ANEXO ..............................................................................................................................32
Requerimientos de aire: .................................................................................................32
A. Caudal requerido por el nmero de personas:..................................... 33
B. Caudal requerido por desprendimiento de gases: ............................... 33
C. Caudal requerido por temperatura: ..................................................... 33
D. Caudal requerido por el polvo en suspensin: ..................................... 34
E. Caudal requerido por la produccin: .................................................... 34
F. Caudal requerido por consumo de explosivo: ...................................... 35
G. Caudal requerido por equipo Diesel: .................................................... 35
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VENTILACIN MINERA YSUBTERRNEA- MONOGRAFA
I. GENERALIDADES1. DEFINICIONES
A.VentilacinPuede definirse ventilacin como aquella tcnica 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 caractersticas.
B.Ventilacin ForzadaEs la que se realiza mediante la creacin artificial de depresiones o
sobrepresiones en conductos de distribucin de aire o reas del edificio.
stas pueden crearse mediante extractores, ventiladores, unidades
manejadoras de aire (UMAs) u otros elementos accionados
mecnicamente.
C. Ventilacin NaturalEs la que se realiza mediante la adecuada ubicacin de superficies, pasos oconductos aprovechando las depresiones o sobrepresiones creadas en eledificio por el viento, humedad, sol, conveccin trmica del aire o cualquierotro fenmeno sin que sea necesario aportar energa al sistema en formade trabajo mecnico.
Tanto la ventilacin natural como la forzada se pueden especializar ms ydividir de la siguiente forma:
Ventilacin por Capas.
Ventilacin Cruzada. Ventilacin por Inyeccin de Aire o Sobrepresin.
Ventilacin por Extraccin de Aire o Presin Negativa.
Ventilacin Localizada o Puntual.
Ventilacin General.
D.Ventilacin selectivaLa Ventilacin selectiva es una estrategia de diseo bioclimtico deedificios propuesta porGivonicuando el contenido de humedad del aire esbajo y de aplicarse estrategias como laventilacin cruzadael edificio
tendra incomodidad higrotrmica. Esto debido a que una corriente de airecon bajo contenido de humedad sobre la piel produce su desecacin con el
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consiguiente disconfort.
En estos casos la ventilacin selectiva se aprovecha de la diferenciadeentalpaentre el aire diurno y nocturno favoreciendo el refrescamientode los espacios interiores de los edificios.
Esto implica que durante el da la ventilacin de los locales ser mnima ydebern ser umbrios (sombreados) reduciendo todo lo posible la incidencia
de la radiacin solar directa y difusa. Con esto se pueden mantener los
locales frescos.
E. InfiltracinEs la entrada de aire desde exterior por fenmenos o usos en principio noconsiderados, pero que afectan o son asumidos para la ventilacin, porejemplo, rendijas en puertas o difusin a travs de determinadassuperficies.
F. Ventilacin industrialLa ventilacin industrial se refiere al conjunto de tecnologas 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 partculas disueltas en la atmsfera no pueden ser evacuadas al
exterior porque pueden daar el medio ambiente.
G.Ventilacin MineraLas 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 ventilacin es la tcnica ms utilizada para controlar los contaminantes
de aire en una mina.
H.ErgonomaEs la ciencia, llamada tambin ingeniera humana, que busca optimizar la
interaccin entre el trabajador, mquina y ambiente de trabajo con el fi nde adecuar los puestos, ambientes y la organizacin del trabajo a las
capacidades y caractersticas de los trabajadores, a fi n de minimizar
efectos negativos y, con ello, mejorar el rendimiento y la seguridad del
trabajador.
I. GaseadoEs un trmino que se emplea para indicar que una persona o varias han
sido afectadas por un gas que sobrepasa sus lmites permisibles.
J. Enfermedad ProfesionalEs todo estado patolgico permanente o temporal que sobreviene al
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trabajador como consecuencia directa de la clase de trabajo que
desempea o del medio en el que se ha visto obligado a trabajar. Es
reconocida por el Ministerio de Salud.
K. Enfermedad OcupacionalEs el dao orgnico o funcional ocasionado al trabajador como resultado dela exposicin a factores de riesgos fsicos, qumicos, biolgicos y/o
ergonmicos, inherentes a la actividad laboral.
2. OBJETIVOS Proveer el aire necesario para la vida y normal desempeo de los
hombres y buen funcionamiento de las mquinas y equipos.
Diluir y extraer los gases asfixiantes, txicos y/o inflamables que se
generan espordica y permanentemente en la mina. Controlar las concentraciones de polvos nocivos para la salud y
perjudiciales para el funcionamiento de las mquinas y equipos mineros,
mediante filtracin, humidificacin, dilucin y extraccin.
Controlar la temperatura ambiente de la mina mediante calefaccin o
refrigeracin.
Controlar los flujos de aire en la mina en casos de incendios subterrneos.
A fin de lograr este objetivo ser necesario:Garantizar una dotacin de aire fresco y limpio tanto a los frentes de trabajo,
aprovechando las condiciones naturales y empleando medios auxiliares.
El mtodo ms comn para cumplir esta funcin, es hacer circular aire
fresco y limpio en forma continua.
El diseo de un sistema de ventilacin de mina puede considerarse en dos
partes:
a)
El planeamiento de las necesidades de aire en las labores subterrneas ;y
b) El planeamiento de la distribucin del flujo de aire a fin de satisfacer
dichas necesidades.
II. NOCIONES PRELIMINARES1. Condiciones de trabajo, seguridad y salud ocupacional en la
minera del Per
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La explotacin Minera en el mundo tiene repercusiones econmicas,
ambientales, laborales y sociales.
La minera en general se desarrolla alejado de centros urbanos.
Se trabaja con factores fsicos adversos ( iluminacin, 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 das 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 compaeros.
No se encuentra informacin estadstica de salud ocupacional.
2. Marco Normativo NacionalA.Constitucin Poltica del PerArt. 7, 9 y 59.- Derecho de todos a la proteccin de la salud, elmedio 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 SaludCap.VII sobre Higiene y Seguridad en los ambientes de trabajo
Art. 100. Establece la obligacin por parte de quienes conducen
o administran actividades de extraccin, produccin, transporte y
comercio de bienes o servicios de adoptar las medidas necesarias
para garantizar en sus ambientes de trabajo, la promocin de la
salud y la seguridad de los trabajadores y de terceras personas.
C. Cdigo CivilArt. 1970. Seala Aquel que mediante un bien riesgoso o
peligroso o por el ejercicio de una actividad riesgosa o peligrosa
causa un dao a otro, esta obligado a repararlo
D.Cdigo PenalSe tipifica los delitos de violacin a la libertad de trabajo entre ellos
El que obliga a otro, mediante violencia o amenaza a trabajar sinlas condiciones de seguridad e higiene industriales determinadas
por la autoridad.
3. Competencia Administrativa sobre la Seguridad y Salud en elTrabajo
Ministerio de Salud (MINSA)
Ministerio de Energa y Minas (MEM)
- D.S. 014-92-EM Ley General de Minera Art. 209 al 213
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Disposiciones sobre Higiene y Seguridad en el Trabajo.
- DS 055-2010- EM Reglamento de Seguridad y Salud Ocupacional
en Minera
- Ley 27474 Ley de Fiscalizacin de la Actividades Mineras
Art. 17.- Los Fiscalizadores Externos o representante de las Empresassern considerados como Funcionarios Pblicos
Ministerio de Trabajo y Promocin Social (MTPS)
III. EFECTOS EN LA SALUD Y FUENTES DE ORIGEN DE LOSCONTAMINANTES
1. Estadstica
Datos al 30/06/2013
Fuente: MEM/DTM
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2. Fuentes y efectos en la saludGAS FUENTE EFECTO LPP ppm
(mg / m3)
LPA ppm
(mg/ m3)
Monxido de Carbono
(CO) Incoloro, inspido y
sin olor
Tronadura, Combustin
incompleta, Escape
motores
Venenoso Desplaza hemoglobina 40 (46) 458
Anhdrido Carbnico
(CO2) Incoloro, saborcido y sin olor
Descomposicin orgnica,
Tronadura, cualquiercombustin
Sofocamiento, Aceleracin
respiratoria
4000
(7.200)
54.000
Anhdrido Sulfuroso (SO2)
Incoloro, Irritante, olor
sulfuroso fuerte
Tronadura Ataca (H2SO4) mucosas de ojos,
nariz y garganta.
1,6 (4) 13
cido Sulfhdrico (H2S)
Incoloro, Dulce, olor a
huevos podridos
Tronadura,
descomposicin orgnica y
de minerales
Muy Venenoso Irrita mucosas y
ataca el sistema nervioso
20 (25) 21
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xidos de Nitrgeno
(NxOy) (NO2) Rojizo,
inspido y sin olor
Tronadura ANFO y
Combustin Diesel
Ataca (HNO3) tejidos pulmonares,
puede tener efecto retardado
25 -
Metano( CH4))
Incoloro, inspido y sin
olor
Natural de yacimientos de
Carbn
Sofocante, Explosivo 10.000
(1%)
10.000 (1%)
Lmite Permisible Ponderado (LPP) Para exposicin tpica jornadas de 8
horas continuadas y 48 horas/semana
Lmite Permisible Absoluto (LPA) Lmite que no puede excederse en ningn
momento.
EFECTOS DE LA DEFICIENCIA DE OXIGENO.
Contenido de Oxgeno Efectos
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.
3. Lmites mximos permisibles de los gases ms frecuentes en lasminas
GAS EN PPM. (%)
O2 - 19,5%, mnimo
CO 25 0,0025%
NOx 5 0,0005%
CO2 5 000 0,5%
SO2 5 0,0005%
H2S 10 0,001%
CH4 5 000 0,5%
H2 5 000 0,5%
Aldehidos 5 0,0005%
IV. PLANIFICACIN DE LA VENTILACIN1. Mapeo de ventilacin
El mapeo de ventilacin es realizado por dos grupos de trabajadores
entrenados en levantar mensuras de ventilacin usando anemmetros,
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manmetros y psicrmetros, y mensuras de calidad del aire usando
detectores de gases como Passport, Draguer, etc.
Medicin de velocidad del aire
Antes que una mina empiece a operar, la empresa debe decidir sobre lo
siguiente:
Qu tipo de mtodos de explotacin sern usados?
Cuantas reas/secciones se operarn?
Cul es la extensin de las reservas y sern estas explotadas con un
sistema de chimeneas?
Cul es la cantidad y tamao de los tneles a ser explotados?
Cul es la profundidad e inclinacin de las reservas?
Qu 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 desempeo 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:
- Prdidas humanas
- Prdida de equipos
- Paralizacin de las tareas.
3. Causas posibles de una falta de ventilacinPuede 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, seccin, obstculos, etc.
Mala utilizacin de las puertas de ventilacin.
Porcentajes altos de gases nocivos. La humedad del aire.
En la ventilacin 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 rebasenlos niveles tolerables o permisibles y comprende:
Determinacin de los gases nocivos en el ambiente mantenindolos dentro
de los niveles permisibles.
Control de polvo ambiental
Concentracin en el ambiente
Tamao de las partculas
Composicin mineralgica
Tiempo de exposicin
b) Control de Cantidad.- Comprende:
Control de velocidad del aire
Verificacin del caudal del aire de acuerdo a las normas
Control de distribucin del aire dentro de las labores
Determinacin de prdidas del aire por el circuito
Estudio de las resistencias de las labores mineras
Eleccin e instalacin de ventiladores y ductos de ventilacin
Proyectos y comprobacin de las redes de distribucin
c) Control termo ambiental Medidas de temperatura
Humedad relativa
Velocidad del aire
Las necesidades de aire al interior de la mina, deben ser determinadas enbase al personal y el nmero de equipos que trabajan al interior de las
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labores en los niveles que componen la mina, adems de conocer el mtodo
de explotacin.
El clculo de las necesidades, permitir ventilar las labores mineras en forma
eficiente, mediante un control de flujos tanto de inyeccin de aire fresco,
como de extraccin de aire viciado. Esto permite diluir y extraer el polvo en
suspensin, gases producto de la tronadura o de la combustin de los
vehculos.
Para determinar el requerimiento de aire total se utilizan los siguientes
parmetros operacionales: ANEXO
Caudal requerido por el nmero de personas.
Caudal requerido por desprendimiento de gases
Caudal requerido por temperatura.
Caudal requerido por el polvo en suspensin
Caudal requerido por la produccin.
Caudal requerido por consumo de explosivos
Caudal requerido por equipo Diesel
Clculo de los caudales parciales de aire por cada operacin:
a) Perforacin Mecanizada (Jumbo)
b) Carguo de explosivos, acuaduras y trabajos varios interior mina.
c) Tronadura de avance (tiempo de dilucin de 30 minutos)
d) Tronadura de banqueo (tiempo de dilucin 180 minutos)
e) Caudal requerido por la produccin.
f) Caudal requerido por carguo y transporte
V. DESCRIPCIN GENERAL DE LOS MTODOS DEVENTILACIN DE MINAS:
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1. Ventilacin Natural:Es el flujo natural de aire fresco al interior de una labor sin necesidad de
equipos de ventilacin. En una galera horizontal o en labores de
desarrollo en un plano horizontal no se produce movimiento de aire. En
minas profundas, la direccin y el movimiento del flujo de aire, se
produce debido a las siguientes causas: diferencias de presiones, entrela entrada y salida. Diferencia de temperaturas durante las estaciones.
Flujo De Aire
El aire fresco o atmosfrico que
ingresa a mina, sale como aire
contaminado con un menorcontenido de oxgeno.
Este aire se introduce por la bocamina principal de ingreso, recorriendo
el flujo del aire por la totalidad del circuito de ventilacin, hasta la salida
del aire por la otra bocamina.
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Para que funcione la ventilacin natural tiene que existir una diferencia
de alturas entre las bocaminas de entrada y salida. En realidad, ms
importante que la profundidad de la mina es el intercambio
termodinmico que se produce entre la superficie y el interior. La
energa trmica agregada al sistema se transforma a energa de presin,
susceptible de producir un flujo de aire (el aire caliente desplaza al aire
fro produciendo circulacin).
La ventilacin natural es muy cambiante, depende de la poca del ao,
incluso, en algunos casos, de la noche y el da.
Dado que, la VENTILACIN NATURAL es un fenmeno de naturaleza
inestable y fluctuante, en ninguna faena subterrnea moderna debe
utilizarse como un medio nico y confiable para ventilar susoperaciones.
2. Ventilacin Auxiliar:Como ventilacin auxiliar o secundaria, definimos aquellos sistemas que,
haciendo uso de ductos y ventiladores auxiliares, ventilan reas
restringidas de las minas subterrneas, empleando para ello circuitos de
alimentacin de aire fresco y de evacuacin del aire viciado que les
proporciona el sistema de ventilacin general.
Velocidad del aire en labores
subterrneas
En toda labor la velocidad del
aire no ser 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 ser
menor de: 25 m/min (0.42 m/s)
Artculo 236 DS-055-2010-EM.
El titular minero dotara de aire limpio a las labores de
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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 extensin, esta definicin la aplicamos al laboreo de tneles desde la
superficie, aun cuando en estos casos no exista un sistema de
ventilacin general.
Los sistemas de ventilacin auxiliar que pueden emplearse en el
desarrollo de galeras horizontales, utilizando ductos y ventiladores
auxiliares son:
Sistema impelente:El aire es impulsado dentro del ducto y sale
por la galera en desarrollo ya viciado.
Para galeras horizontales de poca longitud y seccin (menores a
400 metros y de 3.0 x 3.0 metros de seccin), lo conveniente esusar un sistema impelente de mediana o baja capacidad,
dependiendo del equipo a utilizar en el desarrollo y de la
localizacin de la alimentacin y evacuacin de aire del circuito
general de ventilacin de la zona. (Ver figura 1).
Sistema aspirante:El aire fresco ingresa a la frente por la galera
y el contaminado es extrado por la ductera.
Para ventilar desarrollos de tneles desde la superficie, es el
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sistema aspirante el preferido para su ventilacin, aun cuando se
requieren elementos auxiliares para remover el aire de la zona
muerta, comprendida entre la frente y el extremo de la ductera
de aspiracin. (Ver figura 1).
Un tercer sistema es el combinado, aspirante-impelente , que
emplea dos tendidos de ductera, una para extraer aire y el
segundo para impulsar aire limpio a la frente en avance. Este
sistema rene las ventajas de los dos tipos bsicos, en cuanto a
mantener la galera y la frente en desarrollo con una renovacin
constante de aire limpio y en la velocidad de la extraccin de los
gases de disparos, con la desventaja de su mayor costo de
instalacin y manutencin.
Para galeras de mayor seccin (mayor a 12 m2), y con una
longitud sobre los 400 metros, el uso de un sistema aspirante o
combinado es ms recomendable para mantener las galeras
limpias y con buena visibilidad para el trfico de vehculos, sobre
todo si ste es equipo diesel. (Ver figura 1). Hoy da, es la
ventilacin impelente la que ms se usa, ya que el ducto es una
manga totalmente flexible, fcil de trasladar, colocar y sacar. En
este caso, el ventilador al soplar infla la manga y mueve el aire.
En el caso de la ventilacin aspirante, estas mangas deben tenerun anillado en espiral rgido lo que las hace muy caras.
El uso de sistemas combinados, aspirante impelentes, para
ventilar el desarrollo de piques verticales, es tambin de
aplicacin prctica cuando stos 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 aplicacin de sistemas auxiliares para desarrollar galeras
verticales est limitada a su empleo para ventilar la galera donde
se inicia el desarrollo de la chimenea o pique, dado que la
destruccin de los tendidos de ductos dentro de la labor vertical
por la cada 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 relacin a la ventilacin mecanizada, el uso del aire
comprimido para atender la aireacin de desarrollos debe limitarse
exclusivamente a aquellas aplicaciones donde no es posible por razones
prcticas el utilizar sistemas auxiliares de ventilacin como es el caso
particular del desarrollo manual de chimeneas o piquesinclinados.
Figura 1.
El uso de sopladores de aire comprimido para ventilar los desarrollos
horizontales, se debe limitar a aquellas galeras de pequea seccin que
por la falta de espacio fsico no hacen posible los tendidos de mangas de
ventilacin y para acelerar la salida de los gases en los sistemasaspirantes, instalando los sopladores en el extremo de la caera de aire
comprimido cercana a las frentes (zona muerta), siempre que no sea
posible el uso de ventiladores elctricos porttiles 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 seinstalara mangas de ventilacion a no menos de quince (15) metros
del frente de disparo.
VI. CALCULOS DE LOS CAUDALES REQUERIDOS:1. Generalidades para los clculos:
El objetivo principal de un estudio de ventilacin de minas, es
determinar la cantidad y calidad del aire que debe circular dentro de
ella.
Los factores que influyen en la determinacin de este caudal, dependen
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de las condiciones propias de cada operacin y del mtodo de
explotacin 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 dilucin de los gases generados tanto por
los equipos y maquinarias de combustin 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 composicin,
principalmente de disminucin de oxgeno. En minas poco profundas, el
clima dentro de las minas, no presenta mayores preocupaciones, perocuando tienen profundidades superiores a
1.000 metros, ste es un problema que debe ser atendido.
La accin de temperaturas elevadas sobre el personal, pueden incluso
provocar la muerte.
Ventiladores Minas de Carbn en Virginia, U.S.A.
2.
Requerimientos de aire:
Aire AtmosfricoEl aire atmosfrico es una mezcla de una serie de gases, cada uno de los
cuales tiene propiedades fsicas y qumicas propias.
La composicin del aire puro seco es:
Gases % en Volumen % en Masa
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NitrgenoOxgenoDixido de CarbonoArgn, helio, nen, etc.
78,0920,950,030,93
75,5323,140,0461,284
Propiedades del Aire
- Densidad.
- Gravedad Especfica.
- Presin Atmosfrica.
- Humedad Relativa.
- Temperatura.
- Viscosidad
La densidad del aire a nivel del mar y a 21 grados centgrados 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
depender de su temperatura y la presin ejercida sobre el mismo.
La presion ejercida en un gas estara constituida por la presion
atmosferica y las presiones adicionales generadas por mediosmecanicos tales como ventiladores o compresores.La humedad del aire en la mina proviene de la humedad que entra del
exterior y de la evaporacin de las aguas interiores. Se mide con el
higrmetro. Tambin 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 1 C cada 33
metros.
Deshulle.Complejidad del recorrido de
las galeras.
Calentamiento de tuberas
y maquinas.Oxidaciones. Personal.
Para conseguir una buena temperatura ambiente hay que aislar o
disminuir las fuentes de calor, mejorar la ventilacin 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 segn altitud.
A una altura de aproximadamente 4500 msnm. La densidad es de 0,75
Kg/m3, existe una disminucin de oxgeno el cual se debe a que en la
altura la presin baromtrica disminuye y con ello la presin parcial del
oxgeno disminuye, disminuye el nmero de molculas de oxgeno en unpie Cbico requeridos por la sangre.
Por esto cuando inhalamos el aire en la altura sentimos los efectos del
sueo, dolor de cabeza, mareos, debido a la presin y a la menor
cantidad de oxgeno.
Aire Atmosfrico de la Mina
El aire atmosfrico al ingresar a la mina sufre cambios en su
composicin. El N2 sube, el O2 baja, aumenta el CO2 y tambin se
produce aumento de vapor de agua.
Existe generacin de gases y polvos que tambin se suman a esta nueva
composicin aumenta su T, humedad y peso especfico.
Causas:
- Respiracin de los hombres
- Equipos de combustin interna
- Voladuras e incendios (Explosivos nitrosos, ANFO)
- Descomposicin de sustancias o materiales minerales y/u
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orgnicas.
- Presencia de aguas estancadas.
- Operaciones bsicas de la explotacin.
- Talleres de soldadura y otros (humos nitrosos)
Aire exhalado por los Pulmones
79 % Nitrgeno 79 % Nitrgeno17 % Oxgeno 16 % Oxgeno
4 % Anhdrido Carbnico 5 % Anhdrido Carbnico
100 % Total 100% Total
Este aire exhalado, ya no es apto para la respiracin normal porque el
porcentaje de oxigeno mnimo para respirar es de 19,5 % y el mximo
permitido de CO2 es de 0,5 % por lo que hay que proveerse de aire
nuevo para que el CO2 no vaya creciendo y vaya disminuyendo el O2 y
la persona muera por asfixia, que es diferente del caso de deficiencia de
Oxigeno sin aumento de CO2.
El caudal parcial para cada operacin se deber calcular, de acuerdo a
normativa de suministrar 3.0 m3/min por cada HP motor de todo equipo
diesel en operacin.
Al caudal de aire obtenido, segn 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, segn los distintos aspectos
considerados (puntos a) hasta f), se debe efectuar un anlisis para
determinar cul caudal se debe considerar y cul suma de ellos. Luego, a
la cantidad determinada es aconsejable considerar un porcentaje de
aumento a causa de prdidas y filtraciones, por ejemplo, un 30 %.
Qfiltraciones = 30% de Qrequerido
Por lo tanto:
Q TOTAL = [Qrequerido + Qfiltraciones]
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Ventiladores Mina El Salvador
3. Flujo de aire en Galeras o Ductos (Ley de Atkinson)Cuando el aire fluye a travs de un ducto o galera minera, la presin
requerida para mover el aire a travs de l depende no slo de la
friccin interna, sino tambin del tamao, longitud, forma del ducto,
velocidad y densidad del aire.
Todos estos factores son considerados en la ecuacin de J. Atkinson,
denominada Ley de Atkinson
Donde
P = Prdida de presin [Pa]
K = Factor de friccin [Ns/m4]C = Permetro [metros]
L = Longitud [m.]
V = Velocidad [m/s.]
A = rea [m]
A partir de esta ley, se pueden calcular K y la cada de presin esttica.
En adelante, se usar la letra P para el clculo de potencia y la cada de
presin (prdida de presin) se pasar a llamar H.
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Conocidos el Caudal (Q) y la Cada de Presin (H) a cierta densidad del
aire (W), se establece el punto operacional para el sistema.
4. Circuitos Bsicos de Ventilacin en MinasCircuito En Serie
Se caracteriza porque la corriente de aire se mueve sin ramificacin, por
lo que el caudal permanece constante, en este caso todas las galeras se
conectan extremo a extremo
PROPIEDADES:
el caudal que pasa por cada labor es el mismo
Qt = Q1 = Q2 =........= Qn
la cada de presin total es igual a la suma de cadas de presionesparciales:
Ht = H1 + H2 +.....+ Hn
Luego, como H = R*Q2
Ht = R1 * Q12+ R2*Q22+............+ Rn * Qn2
Rt * Qt2= R1 * Q12+ R2 * Q22+.......+ Rn * Qn2
Como Qt = Q1 = Q2 =.........= Qn
Quedar:
Rt = R1 + R2 + R3 +........+ Rn
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Circuito de Ventilacin en Paralelo
En la unin en paralelo, las labores se ramifican en un punto, en dos
ovarios circuitos que se unen en otro punto:
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CARACTERSTICAS:
La caracterstica bsica de las uniones en paralelo, es que las cadas de
presin 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 galeras en paralelo, es igual a la suma de
los caudales parciales.
Qt = Q1 + Q2 + Q3 + .....+ Qn
La raz cuadrada del valor recproco de la resistencia aerodinmica del
circuito, es igual a la suma de las races cuadradas de los valores
recprocos de las resistencias aerodinmicas parciales.
1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 +..............+ 1 / Rn
VII. SELECCIN DE VENTILADORES:1. Clasificacin de los Ventiladores
Ventiladores Axiales Ventiladores Centrfugos
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En este tipo de ventiladores, el aireingresa a lo largo del eje del rotor yluego de pasar a travs de las aletas delimpulsor o hlice, es descargado en
direccin axial. Tambin se les llamaventiladores de hlice.
Presin esttica media
Ofrece el ms alto flujo de aire
Eficiencia entre 70 y 80%
Trabajan a velocidades ms altas
Producen los niveles de ruido msalto
Son ms baratos y compactos
En estos ventiladores el aire entrapor el canal de aspiracin que seencuentra a lo largo de su eje,cogido por la rotacin de una
rueda con alabes.
Ofrece la ms alta presinesttica, un flujo mediano.
Su eficiencia vara entre 60 y80%
Pueden trabajar a altasvelocidades
Son ms costosos
Produce menos ruido
Para ventilar una mina se necesitan ciertas cantidades de flujo de aire,
con una cada de presin determinada, a cierta densidad del aire.
Conocidas la cada y el caudal de la mina (Punto de operacin del
sistema), existen casi un nmero infinito de ventiladores en el mundo
que satisfacen el punto operacional adecuado.
Se deber especificar el punto de operacin (Q vs. H Sist.) del ventilador
requerido, a fin de que los proveedores coticen la unidad ventiladora
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con la potencia de motor elctrico correspondiente, que satisfaga dicho
punto. La especificacin debe incluir adems, la altura geogrfica en
donde se instalar dicho equipo.
2.
Punto de Operacin del Sistema:
Existen cientos de ventiladores que satisfacen cada Cada-Caudal
caracterstica.
Adems, cada ventilador puede variar su velocidad (RPM), las paletas o
el dimetro.
Todas estas caractersticas, esenciales para la seleccin del ventilador
adecuado, pueden ser obtenidas de los fabricantes.
Las curvas de funcionamiento vienen trazadas en funcin de las
variables operacionales principales: Cadas de Presin (H), Caudal (Q),Potencia (P) y Eficiencia
() a densidad de aire normal, que a nivel del mar es de [1.2 Kg/m] (W)
A una altura de 3.600 m.s.n.m. por ejemplo, la densidad del aire es de
[0.866 Kg/m], razn por la que la densidad debe corregirse por aqulla
en donde se desempear la unidad.
La forma habitual del trazado de curvas es graficar el Caudal versus las
dems variables (cada esttica, cada total, potencia al freno, eficienciaesttica y eficiencia total).
Normalmente, se logra una ventilacin efectiva cuando se emplean
varios ventiladores principales, los que se ubican de preferencia en las
galeras principales de ventilacin o en piques en la superficie y se
distribuyen de manera que la carga o cada de presin del sistema est
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 m/seg.
H = Depresin del circuito en Pa (presin esttica en Pascales)
P = Potencia del motor en kW.
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= Eficiencia del ventilador, la cual vara entre 70 a 85%
(dependiendo de la
fabricacin, tamao y punto de trabajo).
AHP = Potencia necesaria para mover el caudal Q de aire en un
circuito cuya
depresin es H, en kW.
BHP = Potencia al freno del ventilador, en kW.
DE = Eficiencia de la transmisin, la cual vara entre 90% para
transmisin
por poleas y correas, y 100% para transmisin directa.
ME = Eficiencia del motor, la cual vara entre 85% a 95%.
Como la Potencia del motor es directamente proporcional a la cantidad
de aire y a la prdida de presin del circuito se tendr que:
1) AHP = Q x H / 10002) BHP = Q x H / 1000 x 3) P = Q x H / 1000 x x DE x ME
VIII. LEYES DEL VENTILADOR:Se considera N = la velocidad de rotacin del ventilador. La forma en que afecta
al volumen de aire movido, a la presin capaz de producir y a la energaabsorbida por el ventilador, constituyen las leyes de rendimiento bsico de
cualquier ventilador.
Estas relaciones son:
Q N
H N
P N
Estas leyes se aplican prescindiendo del sistema de unidades usadas, siempre
que sean consistentes. Su importancia radica en que si la resistencia del sistemacontra el cual est operando el ventilador no cambia, aunque aumentamos la
velocidad del ventilador, por ejemplo al doble:
Q1/Q2 = N1/N2 = > Q2 = 2 x Q1 (El Caudal aumenta al doble)
H1/H2 = (N1/N2) = > H2 = 4 x H1 (La Presin aumenta 4 veces)
P1/P2 = (N1/N2) = 1/8 > P2 = 8 x P1 (La Potencia aumenta 8 veces)
Esto indica que la decisin de aumentar la velocidad del ventilador tiene
efectos considerables en la energa requerida.
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IX. CIRCUITOS COMPLEJOS:Cuando la conexin entre las galeras se hace ms complicada, no pudiendo reconocer
en el circuito conexiones en paralelo, serie o diagonal, se debe recurrir a otros mtodos
de clculo ms complejos que, generalmente, requieren ayuda de instrumentos y/o
computadores.
1. Software de equilibrio de redes de ventilacin:Una vez resuelto el caudal resultante, se puede realizar una simulacin de la
malla definitiva del proyecto, imponiendo en la rama que representa la
estocada en que se instalar el ventilador principal, el caudal de aire de diseo
y la presin esttica del punto. El trazado estar compuesto adems por la va
principal de aire fresco y la chimenea de extraccin 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 simulacin, se requieren los siguientes parmetros generales:
Densidad del aire : 1,2 Kg/m (sin factor de correccin)
Eficiencia del Ventilador : 75% (por defecto)
Coeficientes de friccin : K
Para abordar las distintas situaciones a las que se ver enfrentada la
explotacin del proyecto, se generan varios escenarios representativos. Cuando
se desea evitar que el caudal de aire aumente en demasa en una direccin, se
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deber adecuar un regulador cuya dimensin variar de acuerdo a cada
escenario.
El escenario ms desfavorable o de mayor resistencia debe sensibilizarse con
los valores del consumo de energa y de la construccin. Entre dos alternativas
que presenten un gasto combinado energtico y de construccin similar, sepreferir aqulla que acepte mayor caudal de aire, por si las condiciones de
explotacin de otro sector as lo necesitan.
De acuerdo al resultado de esta simulacin, que entrega como producto final el
punto de operacin del sistema (ejemplo: Caudal Q= 1.600 m/min. y Cada
de presin Ps = 127 mm de columna de agua), se seleccionarn los ventiladores
de la instalacin.
2.
Sistema de monitoreo y control centralizado:Dado que la instalacin de ventiladores de mediana capacidad, actuando como
reforzadores para atender niveles de produccin, reduccin y hundimiento, es
una opcin de alta probabilidad de implementacin futura, es necesario que,
en la eventualidad de proponer la instalacin y operacin masiva de un alto
nmero de tales ventiladores al interior de los sectores, se considere la
implementacin de un Sistema de Monitoreo y Control Centralizado (del tipo
Inteligente Semi-inteligente) del estado y operacin de estos equipos.
El mismo concepto es vlido para la eventualidad de que, al interior del
proyecto se proponga instalar reguladores de flujos de aire, los cuales adems
de poder ser operados en forma manual (control local), puedan tambin ser
conectados a un sistema de monitoreo y control a distancia (actuacin 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 nmero de equipos que trabajan al interior de las labores en los niveles
que componen la mina, adems de conocer el mtodo de explotacin.
El clculo de las necesidades, permitir ventilar las labores mineras en forma eficiente,
mediante un control de flujos tanto de inyeccin de aire fresco, como de extraccin de
aire viciado. Esto permite diluir y extraer el polvo en suspensin, gases producto de la
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tronadura o de la combustin de los vehculos.
Para determinar el requerimiento de aire total se utilizan los siguientes parmetros
operacionales:
A.
Caudal requerido por el nmero de personas:
Se exige una corriente de aire fresco de no menos de tres metros cbicos por minuto (3
m/ min.) por persona, en cualquier sitio del interior de la mina.
Q= F x n (m/ min.)
Donde
Q = Caudal total para n personas que trabajen en interior mina (m/ min.)
F = Caudal mnimo por persona (3 m/ min.)
n = Nmero de personas en el lugar.
A pesar que este mtodo es utilizado con frecuencia, se debe considerar F slo como
referencia, pues no toma en cuenta otros factores consumidores de oxgeno, como lo
son la putrefaccin de la madera, la descomposicin de la roca, la combustin de los
equipos, etc.
B. Caudal requerido por desprendimiento de gases:Q= 0.23 x q (m/ 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 seala que la temperatura hmeda mxima en el interior de la mina no podr
exceder de 30 C, para jornadas de trabajo de 8 horas.
Como norma para el clculo del aire respecto a la temperatura, se dan los siguientes
valores:
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HUMEDAD
RELATIVA
TEMPERATURA
SECA
VELOCIDAD
MINIMA
Para una labor de
20 m (5 X 4 m.)
< = 85 % 24 a 30 C 30 m/min 600 m/min
> 85 % > 30 C 120 m/min 2240 m/min
D.Caudal requerido por el polvo en suspensin:El criterio ms aceptado es hacer pasar una velocidad de aire determinado por las
reas 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 generacin de polvo, este valor
puede ser considerado hasta un 100% mayor.
Hasta ahora, no hay mtodo de clculo aceptado por todos, que tome en cuenta el
polvo en suspensin. Pero, velocidades entre 30 a 45 m/min son suficientes para
mantener las reas despejadas.
En Chile, la velocidad mxima permitida en galeras con circulacin de personal es de
150 m/min. Reglamento de Seguridad Minera (RSM).
E. Caudal requerido por la produccin:Este mtodo es usado generalmente en minas de carbn. Para minas metlicas, se
debe tomar en cuenta el consumo de madera, ya que sta fijar el porcentaje de CO 2
existente en la atmsfera.
El clculo se basa sobre la suposicin de que la cantidad de gas (CH 4 y CO2) que se
desprende es proporcional a la produccin, expresado en forma matemtica:
Q = T x u (m3/min)
DondeQ = Caudal requerido por toneladas de produccin diaria (m3/min.)
u = norma de aire por tonelada de produccin diaria expresada en (m3/min.)
T = Produccin diaria en toneladas.
Para minas de carbn, "u" vara generalmente entre 1 a 1,7 (m3/min.).
En minas metlicas, con poco consumo de madera, vara entre 0,6 a 1 (m3/min.). Si el
consumo de madera es alto, puede llegar hasta 1,25 (m3/min.)
Un buen criterio es SUMAR el caudal necesario calculado segn el personal que
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trabaja en la mina, con el caudal necesario calculado segn el equipo Diesel y
aumentar este total en un 20% o ms por cortocircuitos o prdidas.
F. Caudal requerido por consumo de explosivo:La frmula que se conoce para este clculo puede ser criticada, ya que no toma en
cuenta varios factores que se expondrn despus de presentarla.
Al tratarse de minas metlicas, este mtodo es el que ms se usa. Toma en cuenta la
formacin de productos txicos por la detonacin de explosivos, el tiempo que se
estima para despejar las galeras de gases y la cantidad mxima permitida, segn
normas de seguridad, de gases en la atmsfera.
Para el clculo de este caudal, se emplea la siguiente relacin emprica:
Q = 100 x A x a (m3/min.)
d x t
Donde
Q = Caudal de aire requerido por consumo de explosivo detonado (m3/min.)
A = Cantidad de explosivo detonado, equivalente a dinamita 60% (Kg.)
a = Volumen de gases generados por cada Kg. de explosivo.
a = 0.04 (m/Kg. de explosivo); valor tomado como norma general
d = % de dilucin de los gases en la atmsfera, deben ser diluidos a no menosde 0.008 % y se aproxima a 0.01 %
t = tiempo de dilucin de los gases (minutos); generalmente, este tiempo no es
mayor de 30 minutos, cuando se trata de detonaciones corrientes.
Reemplazando en la frmula tendremos: Q = (0,04 x A x100)/(30 x 0,008) m3/min.
Entonces, tendramos finalmente: Q = 16,67 x A (m3/min)
La frmula 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. Adems, los gases txicos se diluyen
continuamente con la nube de gases en movimiento con el aire limpio. Por ltimo, cada
gas txico que se produce tiene propiedades distintas a las dems, luego necesitan
diferentes porcentajes de dilucin, entonces "d" depender del explosivo que se est
usando.
G.Caudal requerido por equipo Diesel:Artculo N 236 DS 055 2010 EM 3.00 (m3/min) por HP al freno del equipo para
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mquinas en buenas condiciones.
Se debe aclarar que los 3.00 m/min del art. N 236 son el mnimo caudal de aire
requerido y no acepta factores de correccin. Por lo dems, se pide la potencia al freno
o potencia bruta, que es la mxima potencia proporcionada por el motor sin tener en
cuenta las prdidas por transmisin, si es que no se cuenta con la curva de potencia
entregada por el fabricante (grfico KW vs. RPM) o con una recomendacin de
ventilacin para el equipo proporcionada por el fabricante y certificada por algn
organismo confiable.
Para aclarar mejor el punto anterior, se debe calcular el requerimiento de aire de cada
equipo diesel, multiplicando 2,83 por la potencia y por el nmero de equipos que
trabajan en el momento de mxima produccin, eliminando aqullos que estnfuera
de la mina, en reserva o en mantencin.
Se puede adems, determinar con suficiente aproximacin, la cantidad necesaria deaire normal para diluir un componente cualquiera del gas de escape diesel a la
concentracin permisible, a partir de la siguiente frmula:
Q = V x c (m3/min.)
y
Donde
Q = Volumen de aire necesario para la ventilacin (m3
/min);V = Volumen de gas de escape producido por el motor (m3/min);
c = Concentracin del componente txico, del gas de escape, que se considera
en particular (% en Volumen);
y = Concentracin mxima, higinicamente segura, para el componente txico
que se est considerando (% en volumen).
Este mtodo necesita de un estudio previo para determinar el volumen de gases y la
concentracin del toxico. El mximo volumen determinado se multiplica por 2 para
establecer una ventilacin segura.
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