120024985 manual de ventilacion de minas

7/28/2019 120024985 Manual de Ventilacion de Minas

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VENTILACION


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INDICE DE MATERIAS.

PROLOGOPROLOGO DEL AUTOR

CAPITULO IEL AIRE DE MINAS Y SUS CONTAMINANTES

1. El Aire2. Gases de Minas3. Polvo de Minas4. Conceptos de Toxicologa

5. Concentraciones Ambientales Mimas Permitidas6. Clima Subterrneo7. Medicin de Contaminantes

CAPITULO IIPROPIEDADES FISICAS DEL AIRE

1. Par metros Bsicos

2. Leyes Bsicas3. Humedad del Aire4. Movimiento Laminar y Turbulento5. Determinacin de Algunos Par metros6. Teorema de Bernoulli

CAPITULO IIIRESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL AIRE

1. Teorema de Bernoulli2. Cada de Presin

CAPITULO IVCIRCUITOS DE VENTILACION


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1. Unin en Serie2. Unin en Paralelo3. Unin en Diagonal4. Circuitos Complejos5. Resolucin de Circuitos de Ventilacin

CAPITULO VVENTILADORES DE MINAS

1. Historia del Desarrollo del Ventilador de Minas2. Partes Importantes de un Ventilador3. Clasificacin4. Formulas Fundamentales5. Leyes del Ventilador

6. Comparacin de Tipos de Ventiladores7. Curvas Caractersticas8. Resolucin de Circuitos con Ventilador

CAPITULO VICAUDAL DE AIRE

1. Clculo de Caudal de Aire2. Distribucin del Aire en el Sistema de Ventilacin

3. Prdida de Aire en los Circuitos

CAPITULO VIIREGULACION DE CIRCUITOS

1. Clculo de Longitud de Galera a Concretar2. Clculo del Largo necesario para bajar la Resistencia

Modificando el Area3. Clculo del Largo necesario de Galeras en Paralelo para

Reducir la resistencia4. Determinacin del Tamao de un Regulador

CAPITULO VIIIVENTILACION NATURAL

1. Generalidades2. Ventilacin Natural en Mina Ideal


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3. Ventilacin Natural en Mina Real4. Valores de la Depresin Natural

CAPITULO IXVENTILACION AUXILIAR

1. Definiciones2. Tipos Bsicos3. Aplicacin de los tipos Bsicos4. Descripcin de Ductos5. Influencia del Di metro de la Ductera en el Gasto de Energa6. Importancia de las Fugas de Aire7. Instalacin de Ductos y Defectos ms Frecuentes en sus Tendidos y Uniones8. Ventiladores Auxiliares

9. Clculo de un Sistema

CAPITULO XCONSIDERACIONES DE COSTO DE VENTILACION

1. Generalidades2. Tipos de Galeras v/s Costo de Operacin3. Diseo Econmico de Galeras4. Clculo de una Galera Econmica

CAPITULO XIINCENDIO Y GENERACION DE HUMOS, GASES Y CALOR

1. Generalidades2. Procedimiento de Emergencia3. Control de la Ventilacin en caso de Incendio

CAPITULO XIIACONDICIONAMIENTO DEL AIRE SUBTERRANEO

ANEXOS

Bibliografa


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PROLOGO.

El Servicio Nacional de Geologa y Minera -SERNAGEOMIN- inicia, con el presente

volumen, la publicacin de los textos que sustituyen a los apuntes con los que se hanimplementado los cursos que, desde hace once aos se dictan para la formacin deExpertos en Prevencin de Riesgos de la Minera Extractiva.

Durante dicho lapso estos apuntes, a travs de numerosas ediciones, si bien sefueron enriqueciendo con aportes de los distinguidos catedrticos y profesionalesque actuaron como relatores de los cursos, sufrieron cierta perdida de unidad. Estohizo indispensable, como paso previo a esta edicin, someterlos a una prolija revisin


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que en algunos casos, ha significado volver a escribir los textos, labor cumplida congran abnegacin y esmero por los propios autores.

Cmplenos dejar constancia del inestimable aporte econmico de la EMPRESANACIONAL DE MINERIA -ENAMI- que ha permitido hacer realidad nuestra

sentida aspiracin de poner al alcance de la comunidad minera en general, as comode los especialistas en Seguridad Minera, lo que ser una edicin de los msavanzados conocimientos en el campo de la prevencin de riesgos que, da a da,deben afrontar los hombres dedicados a arrancar y valorizar nuestros recursosmineros para ponerlos al servicio de nuestra Patria.

A ellos dedicamos esta obra.

Ricardo Troncoso San Martn

Ingeniero Civil de MinasDirector NacionalSERNAGEOMIN

PROLOGO DEL AUTOR.

Como un deseo de ayudar a la formacin de aquellos profesionales que dedican suvida al trabajo de minas subterrneas, donde el hombre se ve sometido a unambiente que de ninguna manera es el normal, he decidido preparar estos apuntes

donde se tratan materias relacionadas con la Ventilacin de Minas. Una disciplinadentro de la Explotacin de Minas que, personalmente, me fascina. Son pocas lastcnicas que un profesional puede proyectar, calcular y llevar a la prctica, pudiendomedir los resultados y que tenga que ver con algo tan libre como es el aire el cual,siempre digo, no es minero, por lo tanto, no tiene ningn inters de entrar a unamina.


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Existen varias razones que justifican hacer que el aire entre a una mina y asegure larenovacin del aire en faenas mineras, las principales son:

Permitir la manutencin del oxigeno necesario para la vida de los

trabajadores.

Suprimir los gases txicos producidos en las tronaduras con explosivos.

Evitar la formacin de mezclas explosivas gas-aire.

Eliminar concentracin nociva de polvo en suspensin.

Reducir la temperatura en lugares muy calurosos y aumentarla si es muy

baja.

Proporcionar el aire suficiente para el trabajo seguro de equipos dieseldentro de las minas.

Estos problemas ya estaban siendo abordados antes del siglo XVI, empleandosistemas bastante ingeniosos para lograr ventilar las minas; se aprovechaba laventilacin natural, producida por la diferencia de nivel y cambios de temperatura;posteriormente aprovechaban las cadas de agua en los piques para introducir el aire

y el fuego para levantarlo; deflectores montados en piques cogan el viento y lodesviaban hacia el interior de la mina.

En la segunda mitad del siglo XIX se comenzaron a desarrollar los ventiladoresmecnicos. Estos ventiladores primitivos eran exclusivamente del tipo centrifugo,de grandes dimensiones y de velocidad reducidas, movidos por molinos de vientos orueda hidrulica.

Despus de la primera Guerra Mundial y debido al rpido avance de la aviacin y elconsiguiente progreso de la ciencia aerodinmica, comenzaron a desarrollarse losventiladores de flujo axial.

En la actualidad los dos tipos de ventiladores han sido mejorados sustancialmente ylas preferencias de los proyectistas se inclinan para uno u otro tipo segn sean losrequerimientos que el proyecto presenta.


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Con el aumento de la produccin de las minas y de la profundidad de ellas loscaudales de aire necesarios han crecido enormemente, llegando a sobrepasar concreces los 1.000 m3/seg. de aire en circulacin.

No obstante, los avances obtenidos en la tecnologa de fabricacin de ventiladores,

en la actualidad existen muchas minas en produccin que se ventilan usando losmedios primitivos antes nombrados. En ellas existen la posibilidad que no se controleadecuadamente la atmsfera de la mina, presentando un ambiente contaminado a lostrabajadores que deben laborar en sus faenas.

Por otra parte, tambin podemos encontrar minas donde, existiendo una buenaentrada y salida de aire, forzada por medio de ventiladores, en su interior el aire noes aprovechado adecuadamente, perdindose la energa consumida, la posibilidad demantener buenas condiciones ambientales, necesarias para la proteccin de quienes

trabajan en ellas y tambin de los equipos que se utilizan. La causa normal de estedespilfarro se debe a una inadecuada distribucin del aire dentro de la mina o a unaregulacin de los circuitos mal efectuada.

Este curso pretende entregar las herramientas necesarias para solucionar muchosproblemas de ventilacin que en nuestras minas subterrneas suelen presentarse.

En la actualidad existen una completa bibliografa para consulta y gua de quiendesee profundizar ms sobre esta materia; estos apuntes han salido

preferentemente de ella, y parte de la cual se presenta al final de este texto.Prlogo de la 4 Edicin.

Al trmino del siglo veinte e iniciacin del Tercer Milenio, hemos hecho un esfuerzoextraordinario para recuperar los archivos que conforman este libro, revisarlos,ponerlos al da y editarlos en un medio magntico, con el fin de entregarselos a losalumnos de los Cursos de Expertos en Prevencin de Riesgos de la MineraExtractiva en forma facil, donde ellos podran editar e imprimir el texto o parte deel cuando lo necesiten.

Este esfuerzo, que se est realizando con todos los textos de la serie de formacinde Expertos, a sido posible gracias a la paciencia y trabajo del Jefe delDepartamento de Informtica del Servicio, don Luis Lara P. y a su colaborador, donCristin Vargas Z., como tambin a las secretarias del Departamento SeguridadMinera del Servicio, Sras. Mery Ramos y Viviana Venegas O.


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Exequiel Yanes GarnIngeniero Civil de MinasJefe Departamento Seguridad MineraSERNAGEOMIN.

CAPITULO I

EL AIRE DE MINAS Y SUS CONTAMINANTES

EL AIRE

Siendo el aire un fluido bsico de la vida; el cual, al pasar por una mina se altera,su composicin cambia; se define como una mezcla mecnica de gases que, en suestado puro y seco tiene la siguiente composicin:

COMPOSICION DEL AIRE SECOGAS % en volumen % en peso

Nitrgeno - N2 78,09 75,53Oxgeno - O2 20,95 23,14Anh. Carbnico - CO2 0,03 0,046Argn y otros 0,93 1,284

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

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


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Aire de minas.

Como se dijo, el aire sufre cambios en el interior de una mina: la cantidad deoxgeno disminuye, el anhdrido carbnico aumenta, como tambin la cantidad denitrgeno y vapor de agua. Adems se agregan al aire diversos gases y polvos. Seconsidera que el aire de mina se compone de: aire atmosfrico, gases activos(gases explosivos o nocivos que se forman en el interior de la mina) y aire muerto(mezcla de anhdrido carbnico 5 al 15% y nitrgeno 95 a 85%) que puede estarpresente en el aire de las minas en una dcimas hasta algunas unidades de porciento, llamado "soroche".

1.2 La respiracin humana.

La razn primordial para proveer aire limpio y con adecuado contenido de oxigenoes la sustentacin de la vida humana. Como sabemos el sistema respiratorio

permite proporcionar oxgeno a la sangre y eliminar anhdrido carbnico. Esteconstituye una impureza que debe ser controlada y que, si bien es cierto que noes txica, como vamos a ver ms adelante, sobre cierta concentraciones producegraves trastornos en la vida humana.

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

Antes veamos la composicin general del aire exhalado:

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

1.3 Cuociente respiratorio (CR).

Es la razn entre CO2 expelido con el oxgeno consumido, en volmenes:

CR =CO2 expelido

O2 consumido

Este "Cuociente Respiratorio" tiene la importancia de relacionar al oxgeno con elanhdrido carbnico y de esta forma, tener un ndice que nos entrega una luz


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sobre el esfuerzo que hace el organismo humano. A medida que el CuocienteRespiratorio se acerca a la unidad significa que el esfuerzo que la persona estrealizando es mayor. Por otro lado, un Cuociente Respiratorio lejos menor que "1"establece a una persona en reposo.

INHALACION DE OXIGENO Y AIRE EN LA RESPIRACION HUMANAACTIVIDAD REPOSO MODERADA MUY VIGOROSARitmo respiratorio porminuto,

12 - 1 30 40

Aire inhalado porrespiracin m3/seg. x 103,

5 - 13 46 - 59 98

Oxgeno consumido en

m3/seg. x 10-6,4,70 33,04 47,20

Cuociente respiratorio"CR",

0,75 0,90 1,00

1.4 Cantidad de aire requerido.

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

1) el contenido de oxgeno ser diluido por debajo del lmite recomendado deseguridad;

2) el contenido de dixido de carbono se elevar por encima del umbral lmite.Considerando cada paso por separado.

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

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

Solucin: La demanda de oxgeno, en actividad vigorosa, es de 47,20*10 -6

m3/seg. Se establece el siguiente balance del flujo de oxgeno:

Contenido de oxgeno en elaire de entrada,

(menos)Oxgeno

gastado en respiracin(igual)

Contenido de oxgenoen el aire de salida

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

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


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Dado: Contenido mximo de = 0,5 %

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

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

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

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

EL BALANCE DEL CO2Cantidad de CO2en el airede entrada

(ms)Cantidad de CO2expelido en larespiracin

(igual)Cantidad de CO2 en el

aire a la salida

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

Q =47,20*10-6

= 0,01 m3/seg.0,005 - 0,0003

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

En caso de necesidad, el hombre puede sobrevivir an con menor aire (siempreque el contenido de oxgeno no baje del 16%), pero la atmsfera se vuelve luegointolerable si el oxgeno es insuficiente o el CO2 es excesivo. La prcticaindustrial recomienda de 280 a 840 lt/min por persona en edificios. De aqu se

desprende que aproximadamente 560 lt/min de aire fresco por hombre es todo lorequerido para mantener una atmsfera sana. El reglamento de Seguridad Mineraestablece que se requiere de 3 m3 por minuto por hombre (3.000 lt/min),considerando un factor de seguridad adecuado al tratarse de ventilacin deminas, donde es posible que mucho aire se pierda.

Deficiencia de oxgeno.


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

1) Introduccin de un gas diluyente2) Desplazamiento del oxgeno

3) Una combinacin de ambos procesos.

La causa ms grave de deficiencia de oxgeno es la dilucin, que ocurre cuando ungas ajeno se introduce en la atmsfera de la mina, reduciendo as el % del 0 2 en elaire y crea de por si un riesgo. Estos gases ajenos provienen de los estratos deldepsito o de las formaciones adyacentes.

Caracterstica del oxgeno.

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

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

En la siguiente tabla se ha colocado los efectos que la disminucin del oxgeno en

el ambiente produce en los individuos, debemos considerar que todos estosantecedentes relacionan los porcentajes del oxgeno con la altura desde el niveldel mar, tomando en cuenta situaciones normales.

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.

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


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La llama de una vela encendida o una lmpara de seguridad de llama se apagarcuando el aire contenga menos 16,25% de oxgeno. Pero, al exponerse aconcentraciones entre 16,25 y 12,5% de oxgeno la sangre no puede absorverloplenamente, se afectan los centros superiores del cerebro y se perturba el juicio.Aunque el hombre no llega a perder el conocimiento sino hasta que el contenido de

oxgeno queda por debajo de 12%, nadie deber intentar o permanecer en unaatmsfera en la que no pueda arder la llama de una vela o una lmpara deseguridad, a menos que la persona lleve un aparato respirador autnomo.

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

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

GASES DE MINAS.

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

Origen de los gases.

En orden decreciente de importancia: Estratas, tronaduras, funcionamiento demquinas a combustin interna, fuegos y explosiones, seres humanos y estacionesde carga de bateras.

a) Gases de estrata. El ms comn es el metano. Se libera de 0,6 a 1,2 m 3/minpor m2 de superficie fresca de carbn expuesta. En las emisiones sbitasde gas, puede ascender hasta 120 m3/min.

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

PARA DINAMITAS PERMISIBLESClase de explosivos Cantidad de gases


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(m3 por Kgr. De explosivo)

A menos de 0,078B 0,08 - 0,156C 0,16 - 0,232

PARA DINAMITAS NO PERMISIBLES

Humos claseGases ponzoosos liberados

m3 / cartucho m3 / Kgr. exp.

1 menos de 0,0045 menos de 0,022 0,0045 - 0,009 0,02 - 0,043 0,009 - 0,019 0,04 - 0,08

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

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

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

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

e) Respiracin humana. Como ya se indic, la respiracin liberaaproximadamente 47,20 m3/seg. de dixico de carbono por cadatrabajador.

f) Bateras. Desprenden pequeas cantidades de hidrgeno durante elproceso de recarga.


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Tipos de gases.

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

Nitrgeno N2. Es un gas inodoro, incoloro e inspido, de peso especfico0,97; levemente ms ligero que el aire, qumicamente inerte. Cuando serespira asfixia al ser humano de manera muy parecida como lo hace elagua, esto es a causa de falta de oxgeno.

Fuente de aumento del contenido de nitrgeno en el aire de minas sonputrefacciones orgnicas, trabajo con explosivos, desprendimiento en losestratos de las minas metlicas.

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

oxgeno en el aire.

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

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

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

El anhdrido carbnico es un estimulante de la respiracin; por lo tanto esfisiolgicamente activo y no se le puede clasificar entre los gases inertes,

aunque no es altamente txico. Su propiedad estimulante de la respiracines aprovechada en algunos aparatos para respiracin artificial.

La presencia de un 0,5% de anhdrido carbnico en el aire normal causa unligero aumento en la ventilacin de los pulmones; la persona expuesta aesta pequea cantidad de anhdrido carbnico respirar msprofundamente y ligeramente ms aprisa que estando en aire puro. Si el


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aire contiene 2% de anhdrido carbnico, la ventilacin de los pulmonesaumentar en un 50 % aproximadamente; si el aire contiene un 5% de dichogas, la ventilacin de los pulmones aumentar el 300%, haciendo que larespiracin sea fatigosa; y un 10% de anhdrido carbnico no puederesistirse ms de unos pocos minutos.

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

Un bajo contenido de oxgeno en el aire y la temperatura por encima de los27 C, aumentan los efectos del anhdrido carbnico.

El porcentage de anhdrido carbnico producido por la respiracin de lostrabajadores es relativamente muy pequeo, con respecto al producido porotras fuentes. Por ejemplo, quinientos mineros trabajando al mximoproducen 1,42 m3 de anhdrido carbnico por minuto. En el aire exhaladopor el hombre hay algo menos de 4% de anhdrido carbnico.

Los mineros experimentados reconocen la presencia de anhdridocarbnico por el calentamiento de las piernas y de la piel que enrojecen,por dolor de cabeza y decaimiento general. Concentraciones mayores

provocan tos, aceleracin de la respiracin y accesos de temblor.

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

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

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

Es el gas causante de ms del 90% de los casos fatales en los incendios deminas; su presencia en el aire no es comn, se obtiene mediante la


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combustin incompleta de cualquier materia carbonosa que se quema, espor esta razn que se le encuentra en los gases de escape de los motoresde combustin interna y los gases generados por detonacin de explosivos.Basa su peligrosidad en la accin txica que ejerce en el hombre, an enbajas concentraciones.

Su accin txica sobre el hombre se debe a la gran afinidad qumica quetiene la hemoglobina de la sangre por l, de 250 a 300 veces mayor que eloxgeno. Si una persona aspira monxido de carbono con el aire, se combinaeste con la hemoglobina formando un compuesto qumico relativamenteestable (carbohemoglobina). Con ello los glbulos rojos pierden sucapacidad de admitir oxgeno. Este ya, no llega hasta los tejidos delcuerpo, producindose la muerte por falta de oxgeno. Por tal razn anpequeas concentraciones de monxido de carbono son peligrosas. A

continuacin va una tabla que muestra los sntomas que se presentan en unhombre segn los porcentajes del gas.

% CO SINTOMAS

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

0,04Produce dolor de cabeza y malestar endos horas.

0,12

En media hora produce palpitaciones del

corazn tendencia a perder el equilibrioen una hora y media.0,20 Produce inconsciencia en media hora.

Evidentemente, la peligrosidad del monxido de carbono esta ntimamenteligada con el tiempo de exposicin ya que a mayor tiempo y con igualporcentaje del gas en el aire, mayor es la saturacin de la sangre, con unasaturacin de la sangre de 70 a 80% proviene la muerte.

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


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Es ms venenoso que el monxido de carbono, pero su caracterstico olorlo hace menos peligroso. Irrita las mucosas de los ojos y de los conductosrespiratorios y ataca el sistema nervioso. Con un contenido de 0,05% deH2S produce un envenenamiento peligroso en media hora y con 0,1%rpidamente viene la muerte. Las concentraciones mximas permisibles de

los lugares de trabajo que muchos de los pases fijan es de 0,002% porvolumen durante una exposicin de ocho horas. Cuando una persona seencuentra envenenada por H2S, la sangre y la piel evolucionan a un colorverdoso. El tratamiento a seguir en estos casos es el transporteinmediato de la vctima al aire fresco, sometindolo a respiracin artificiale inhalacin de oxgeno.Las fuentes de formacin del H2S en las minas son: putrefaccin desustancias orgnicas, descomposicin de minerales, desprendimiento de lasgrietas (minas de sal, de asfaltita, etc.), disparos de explosivos

(particularmente con combustin incompleta del explosivo, mecha).

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

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

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

Es fuertemente irritante de los ojos, nariz y la garganta, incluso enconcentraciones bajas, y puede causar graves daos a los pulmones si se leinhala en altas concentraciones. En concentraciones superiores a 0,001%ataca a las mucosas y con 0,05% es peligroso para la vida. La legislacin dealgunos pases da concentraciones mximas permisible para este gas de0,0005%.

Es poco comn en el aire de las minas y cuando se encuentra lo hace encantidades insignificantes. Se forma por combustin de carbones confuerte contenido en azufre, durante la dinamitacin de ciertos mineralessulfurosos. En minas de pirita cuprfera, calientes y secas durante los


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disparos, pueden producirse peligrosas explosiones de polvo pirtico conformacin de mucho SO2.

Oxidos de nitrgeno. Estos xidos se forman en las minas por combustin,por combustin retardada y, en determinadas circunstancias, por

detonacin de explosivos (especialmente cuando se usa AN-FO). Tambinson componente de los gases de escapes de los motores diesel y degasolina y se forman por reaccin del oxgeno y el nitrgeno del aire encontacto con los arcos y chispas elctricas. Los xidos de nitrgeno seforman tambin por combustin o descomposicin de nitrato y materiasnitratadas.

El nitrgeno forma varios xidos (N20, NO, NO2, N2O4, N2O3 y N2O5),todos ellos son txicos, menos el xido nitroso (N2O). Los xidos txicos

de nitrgeno ms corrientes son el xido ntrico (NO) y anhdrido nitroso,que se presenta en dos formas (NO2 y N2O4), segn sea la temperaturareinante.

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

Este gas es ms pesado que el aire, de un color rojo pardusco, este colorno lo hace visible en lugares mal alumbrados como es el caso de la mina,

tampoco es visible en concentraciones bajas. Su accin txica la ejerce enlas vas respiratorias especialmente en los pulmones al disolverse en aguaformando cido ntrico y nitroso que corroen los tejidos. Respirarcantidades pequeas de este gas puede resultar fatal. Los xidos denitrgeno tienen un comportamiento engaoso respecto a su toxicidad,pues una persona que los respira puede rehacerse aparentemente ydespus de varios das u horas morir repentinamente.

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

Gas gris. Es un gas compuesto principalmente por metano (CH4), conte-niendo un promedio de 95%, los otros componentes son: anhdridocarbnico, nitrgeno, etano (C2H6), acido sulfrico y a veces hidrgeno yxido de carbono.


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El metano es una de las impurezas ms peligrosas de la atmsfera de lasminas, por su propiedad de formar mezclas explosivas con el aire. Lasexplosiones de metano han sido la causa de muerte de centenares demineros del carbn.Debido a su poca reactibilidad qumica a temperatura normal, queda como

nica medida prctica para su eliminacin, la buena ventilacin.

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

El metano, como el gris, se mezcla fcilmente con el aire. Para sanear laatmsfera de las labores, y en particular los avances ascendentes, por unacorriente de aire limpio, es necesario que la corriente lame de cerca y con

cierta velocidad los frentes, sobre todo el techo, para provocar la mezclaconveniente del gas que ha podido acumularse y eliminarlo diluido por lacorriente que sale.

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

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

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

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

Clasificacin de los gases segn sus efectos biolgicos.

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

Gases irritantesPrimarios (HCl, NH3, SO2, Cl2, O3, NO2);


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Secundarios (H2S). Gases anestsicosPrimarios (parafinas, olefinas, esteres acetilnicos, aldehidos,cetonas)De efecto sobre las visceras (H.C.clorados)

De efecto sobre el sistema hematopoyetico (H.C.arom ticos)De efecto sobre el sistema nervioso (alcoholes, esteres, CS2)De efecto en la sangre y sistema circulatorio (nitro y amino comp.orgnicos).

POLVO DE MINAS.

El polvo de minas es un conjunto de partculas que se encuentran en el aire,

paredes, techos y piso de las labores mineras. Cuando el polvo se encuentra en elaire, forma un sistema disperso llamado "aerosol", puede permanecer en l unlargo tiempo, dependiendo sto de varios factores, a saber: finura del polvo, desu forma, peso especifico, velocidad del movimiento del aire, de su humedad ytemperatura.

Suspensin de la partcula de polvo en el aire.

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

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

9 * Donde:

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


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

V= 1,2 * 106* r2 * d, cm/seg.

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

DIAMETRO DE LA PARTICULA TIEMPO DE CAIDAmicrn (m)

100 2,6 seg.10 4,4 min.1 6,0 hrs.

Segn la misma frmula, una partcula de cuarzo de 5 micrones, cae en el airetranquilo con una velocidad igual a 0,1 cm/seg. Si la partcula esultramicroscpica, de dimetro menor a 0,1 micrn, al igual que las molcualesde aire, no se depositan encontrndose en un movimiento Browniano.Lgicamente, una partcula plana permanecer ms tiempo en el aire que unapartcula esfrica de igual peso.

De acuerdo al modo como son observadas las partculas, se clasifican en:

CLASIFICACION VISIBLE NIEBLA HUMOSDimetro (m) > 10 10 -01 < 0,1Velocidad de caida en

aire inmovilAcelerada Constante Inasentable

Comportamiento bsico del polvo.

El polvo ocupa el segundo lugar entre los contaminantes del aire que preocupaal trabajo de minera subterrnea. El polvo tiene mucho en comn con losgases en cuanto a su modo de ocurrencia, comportamiento y control. Lassuspensiones de cuerpos particulados en el aire son llamados "aerosoles".Entre estos tenemos los de importancia pulmonar.

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

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


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

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

d) Los polvos industriales y mineros tienen caractersticamente untamao medio en el rango de 0,5 a 3 m.La actividad qumica aumenta con el tamao decreciente de laspartculas;

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

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

El Polvo como un aerosol.

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

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

Atendiendo a su naturaleza, vale decir, segn si se trata de aerosoles slidos o

aerosoles lquidos, estos pueden dividirse de la siguiente manera:

Polvos(Disgregacin),

Inorgnicos - NeumoconigenosSilceosNo Silceos


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- No NeumoconigenosMetalesMetaloidesSales

AEROSOLESSOLIDOS,

Orgnicos

- NaturalesVegetales

Animal- Sintticos

PlsticosResinasPesticidasDrogas, etc.

Humos(Condensacin)

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

AEROSOLESLIQUIDOS

Roco(Disgregacin)

- Sustancias puras- Soluciones- Suspensin

Nieblas(Condensacin)

- Sustancias puras- Soluciones- Suspensin

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

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

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

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

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

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


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

Polvos neumoconigeno.

El polvo no txico contenido en el aire en cantidades importantes, irrita las vasrespiratorias y los ojos, ataca a los pulmones y desorganiza las funciones delorganismo humano en conjunto, provocando la enfermedad conocida con elnombre de "neumoconiosis". Segn la clase de polvo se dividen en:

Silicosis (tisis de minero), por slice libre. Silico-tuberculosis (complicacin de TBC por slice). Asbestosis, por asbesto. Silicatosis, por otros silicatos.

Siderosis, por fierro o sus minerales. Antracosis, por carbn, incluyendo bituminosos yantracita.

Silicosis.

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

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

Los pulmones tienen un medio de defensa, contra los cuerpos extraos, en

los fagocitos o clulas devoradoras, cuya funcin es envolver los cuerposextraos y transportarlos por caminos linfticos.

Cuando los cuerpos extraos son polvos de slice, en el caso de la silicosis,los fagocitos al atrapar este polvo mueren, dejndolo libre para que otraclula devoradora lo atrape y corra la misma suerte. De esta forma el polvode slice cumple su accin nociva, se produce un tejido de unin gruesamente


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fibrosa, sin los capilares sanguneos, similar al tejido posterior de lasheridas, por sto se le llama a este proceso "fibrosis".

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

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

Las formas dbil de la silicosis no producen incapacidad al dejar de trabajaren lugares contaminados; las formas adelantadas a veces progresan despus

del trmino del contacto con el polvo; esta enfermedad se considerairreversible respecto a las modificaciones que provoca.

Factores bsicos. Los factores bsicos que determinan con su presenciala aparicin de silicosis son:

Concentracin de polvo en el ambiente; Tamao, forma y composicin de las partculas; Tiempo de exposicin; Susceptibilidad individual.

Concentracin de polvo en el ambiente. Casi todas las operaciones mi-neras son generadoras de polvo. Las operaciones que producen polvo sedenominan "fuente primaria". Si lo agitan o dispersan, es "fuentesecundaria". En la siguiente lista se han clasificado las operaciones enorden decreciente de su incidencia en el problema: (el signo "+" indicafuente mayor, "-" es fuente menor y "0", fuente sin importancia).

OPERACINFUENTE

Primaria SecundariaTronadura + +Circado minera continua + -Tiraje de chimenea - +Perforacin + 0Paleo, carguo - +Soplado de barrenos 0 +Volcado de carros - +


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Arrastre por scrapers - +Descarga chutes de correas 0 -Acarreo 0 -Enmaderacin 0 -Acuadura 0 -

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

Luego de la composicin del polvo, la concentracin es probablemente elfactor ms importante, es lgico suponer que mientras ms cargado depolvo est el ambiente, mayor ser la posibilidad de contraer laenfermedad. En general, concentraciones superiores a 0,5 mgr/m3 de aire

en el ambiente, se debe considerar como un lugar peligroso.

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

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

en atmsferas de mina.

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

Las partculas de polvo generalmente se imaginan esfricas, lo cual, comoun criterio prctico es aceptado mundialmente. En otros estudios paraevitar considerar la forma de las partculas, se define el dimetro de lapartcula en trminos de la velocidad de sedimentacin, considerando de

igual tamao aquellas que tienen similar velocidad, sin importar el volumeny forma.

Diferentes estudios se han realizado para definir el rango de tamao departculas que queda retenida en el pulmn, naciendo diferentes criterios.Se muestra, en la siguiente figura, los criterios ms conocidos. Esaceptado por todos que el rango peligroso va entre 10 m. y 0,5 m.


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Tamaos mayores son retenidos en nariz - tranquea - bronquios- y losinferiores no se depositan si no que salen con el aire exhalado.

En cuanto a la composicin, se debe tener claro que es ms importante lamineraloga que la qumica. En el caso del polvo silicgeno, para ser daino

ste debe contener slice libre y fresca. Bien es sabido que la mayora delas rocas y yacimientos mineros contienen slice libre.

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

Retencin en %

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

Tiempo de exposicin. Otro factor importante es el tiempo que eltrabajador est en contacto con el ambiente cargado de polvo. Muy rarosson los casos, de silicosis diagnosticadas en trabajadores que hayan tenidomenos de 1 aos de exposicin. En ambientes mineros ms o menos

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

10090

8070605040302010

Dimetro de las partculas en


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controlados, recin se desarrollar la enfermedad en tiempos que van de20 a 30 aos.

Susceptibilidad individual. Este factor es el que permitir que untrabajador expuesto adquiere la enfermedad antes o despus de otros.

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

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

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

Membrana mucosa.Las vas respiratorias tienen una membrana mucosa que atrapa laspartculas que pasan los pelos de la nariz. El movimiento ondulante de

los cilios las arrastra a la parte posterior de la garganta.

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

Respiracin normal.La nariz entibia, enfra y humedece el aire que uno respira. Las vasrespiratorias superiores llevan aire a los pulmones. Las inferiores seramifican y terminan en sacos de aire llamados alvolos, ah el oxgenopasa a la sangre y los desechos vuelven a los pulmones para serexhalados.

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


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Ingeniera de control de polvo.

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

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

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

Supresin

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

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

DilucinDilucin local por ventilacin auxiliar;Dilucin por corriente de la ventilacin principal;Neutralizacin por polvo inerte para disminuir contenidocombustible del polvo asentado.

La regla cardinal de todo control de polvo debe ser recordada:

"PREVENGA QUE EL POLVO LLEGUE A SUSPENDERSE ENEL AIRE"

Cualquier esfuerzo gastado en controlar las materias particuladas antes deque lleguen a ser suspensiones areas, redundar en un control ms simple yeconmico, tanto en la superficie como en el interior de las minas.


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CONCEPTO DE TOXICOLOGIA.

Definiciones.

Toxicidad. Es la capacidad de una sustancia para producir un efectoinadecuado, cuando esta alcanza una concentracin suficiente en un ciertolugar del organismo.

Sustancias txicas. Sos gases, lquidos o slidos que por suspropiedades qumicas al ser inhalados, absorbidos o introducidos al mediointerno y metabolizados, pueden producir daos o lesiones a un organismovivo, pudiendo provocarle la muerte mediante procesos que no sonmecnicos.

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

Formas de toxicidad.

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

Segn zona del organismo afectada:LocalSistmica

Algunos parmetros de toxicidad.

DOSIS LETAL 50 = Cantidad de txico que causa la muerteal 50% de los individuos por va distinta a la inhalacin.

DL0 = 0 Muerto con mxima concentracin.

DL100 = 100% de muertos con menor concentracin.

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

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


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TIEMPOS.Exposicin.Latencia: Perodo desde que se absorbe el txico hasta que se manifiestansus efectos.

Absorcin de dosis.

Niveles mximos permisibles.

En Chile se conoce el:

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

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

Legislacion:

D.S. N 745 "Reglamento sobre Condiciones Sanitarias y AmbientalesBsicas en los Lugares de Trabajo" Ministerio de Salud. Diario Oficial del8 de Junio de 1993.

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

LIMITES PERMISIBLES PONDERADOS DE CONTAMINANTES DE MINAS.

LPP de Gases.

Segn la legislacin individualizada en el punto anterior, los LPP. y LPA. de losgases que principalmente se encuentran en la atmsfera de minas, se muestran acontinuacin.


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

GAS COMO SEGENERA

EFECTO EN ELORGANISMO

LPP LPA

NitrgenoEn la atmsfera yemanaciones derocas

Sofocamiento porfalta de O2

Monxido deCarbono

Detonacin, combus-tin incompleta,incendios

Extremadamentevenenoso a 0,2%

40(46)

458

AnhdridoCarbnico

Detonacin, com-bustin, respira-cin,

Sofocante, peli-groso sobre 6%,

4.000(7.200)

54.000

AnhdridoSulfuroso

Accin del aguasobre mineralessulfuroso

Venenoso a 0,04% 1,6(4)

13

HidrgenoSulfurado

Accin del aguasobre mineralessulfurados

Sumamente vene-noso

20(25)

21

Oxido deNitrgeno

Detonacin,combustin

Txico, ataca lostejidos pulmona-res

20(25)

MetanoProducto natural deyacimientos de car-

bn

Sofocante, explo-sivo

1 % 1 %

LPP. Polvo silicgeno.

El mismo Reglamento anterior establece los LPP. para el polvo de minas quecontiene slice libre. Se etablece que el LPP. para la slice cristalizada es de 0,08mgr. de slice cristalizada por m3 de aire, considerando polvo respirable, o seamenor de 10 micrones.

Correccin por altura.

Nuestra legislacin establece una correccin a los LPP. que se entregan enmgr./m3 dados por la siguiente frmula:

LPPh.= LPP * Presin atmosfrica en h/760donde:


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h es la altura sobre el nivel del mar donde se quiere determinar el LPP

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

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

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

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

3

Correccin por jornada de trabajo superior a 48 horas semanales.

Por los efectos de mayor dosis de txicos que recibe el trabajador cuando se

labora en jornadas semanales superior a 48 horas, los LPP. se deben modificarconforme a la siguiente frmula:

LPP. =48

*168 - h

h 120

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

CLIMA SUBTERRANEO.

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

La Temperatura en las Minas.

La temperatura del aire dentro de las minas depende de muchos factores de loscuales los ms importantes son los siguientes:

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


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La influencias de las variaciones de la temperatura exterior, frecuentementese hace sentir a lo largo de todas las labores de una mina.

En muchas minas cuando la temperatura exterior baja de los 0 C esnecesario calentar el aire hasta +2 C para evitar congelacin del agua en las

galeras de ventilacin, lo cual produce verdaderos reguladores que aumentanla potencia consumida de los ventiladores innecesariamente.

Influencia del calor de compresin.El calentamiento del aire durante su descenso en las minas se debe a sucompresin.

La temperatura del aire sometido a la presin atmosfrica esta dada por:

T = To + 0,0098 HDonde:T = temperatura a una profundidad igual a H m.To= temperatura en la superficie.H = profundidad en metros.

La temperatura aumenta en 0,0098 C, por cada metro de profundidad, 1 Cpor cada 100 m. de profundidad o sea, a 1.000 m. de profundidad se tiene unaumento de la temperatura, por este solo concepto, igual a 10 C.

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

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

A profundidades mayores, la temperatura de las rocas sube. El aumento escaracterizado por el "grado geotrmico" - profundidad en metroscorrespondiente al aumento de temperatura en un grado. En promedio sepuede admitir el valor del grado geotrmico:

Terreno G


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Bituminosos y petrolferos 10 - 15 m.

Carbonferos 30 - 35 m.

Metalferos 35 - 50 m.

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

El valor inverso del grado geotrmico es el gradiente geotrmico, que es latemperatura correspondiente al aumento de profundidad por un metro.

El grado geotrmico se calcula por la frmula:

G =H - h

T - tm

donde:

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

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

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

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

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

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


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

hacerse insoportables.

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

Influencia de otros factores.Adems de lo ya estudiado existen otros factores que entregan calor al aire delas minas, estos son:

trabajos con explosivoscaeras de aire comprimidomotores elctricoscombustin de equipos dieselefectos de respiracin, etc.

Accin de las temperaturas elevadas sobre el personal.

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

Los primeros dos procesos son efectivos nicamente cuando existe una diferenciade temperatura. Pero cuando sta es muy pequea, no existe o es negativa,entonces el cuerpo slo puede servirse del fro de la evaporacin del sudor.

Con la evaporacin de 1 litro de agua se eliminan aproximadamente 540 Kcal; estevalor del orden del exceso de calor desarrollado por hora por un hombre en


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trabajo. En ciertas hulleras calientes, se observaron evaporaciones de hasta 3litros de sudor y en las minas de oro del Rand hasta 10 litros.

Con la temperatura del aire de 22 a 24 C, el sentido de calor y del fro en elhombre en reposo y sin vestido es igual a cero.

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

En las minas secas, nada se opone a la eliminacin del sudor; el aire puedeabsorber la diferencia entre su humedad relativa y absoluta. Cuando menor es

esta diferencia y cuanto ms se acerca la humedad del aire al 100%, tanto msdifcil es la evaporacin del sudor.

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

La estada prolongada del hombre en condiciones trmicas desfavorableconducen inevitablemente al aumento de la temperatura en el organismo. Latemperatura del hombre puede subir hasta ms de 42 C y provocar la muerte.

Prescripcin reglamentaria. Segn los estudios de fisilogos ingleses, laaccin prolongada de las temperaturas mayores de 28 C por el termmetroseco (lo que es igual a 26 C del termmetro hmedo) es nociva para el cuerpohumano. A temperaturas hmedas mayores a 32 C, no es posible ningntrabajo duradero.

Los reglamentos de seguridad minera de diferentes pases, fijan lascondiciones de trabajo en las minas calientes.

Alemania. Al sobrepasar la temperatura los 28 C, la duracin deltrabajo debe ser reducida a 6 horas. Para los lugares conatmsfera particularmente hmedas, la inspeccin del trabajopuede ordenar que esta disposicin sea aplicada con temperaturams baja.


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Rusia. Segn los reglamentos de seguridad para las minas decarbn y de esquistos, las condiciones trmicas del trabajo estnnormalizadas segn los ndices: temperatura del termmetroseco y velocidad de la corriente de aire, bajo la condicinobligatoria de que la temperatura, en las labores preparatorias y

de arranque, no sobrepasa los 25 C.

Unin Sudafricana. Por razn de peligro de silicosis, en el Rand,se trabaja en atmsfera hmeda, prcticamente saturada. Eltrabajo se permite hasta los 33,3 C del termmetro hmedo.

USA. La reglamentacin se basa en la temperatura efectiva,determinada sobre grficos.

Chile. El decreto supremo N 72, del Ministerio de Minera, deoctubre de 1985 establece que la temperatura mxima no podrexceder de 30 C bulbo hmedo para una jornada de trabajosde 8 horas y debe disminuirse a 6 horas si dicha temperatura seeleva a 32 C, la cual ser la temperatura, mxima admisible esmina subterrnea en explotacin.

MEDICION DE CONTAMINANTES.

Numerosos instrumentos se han ideado para medir la concentracin decontaminantes en atmsferas de mina. En tiempos pasados los mineros se lasingeniaban para saber el grado de contaminacin del aire de las minas, usaban lalmpara de carburo para saber la cantidad de oxigeno que haba en laatmsfera o bien, que es lo mismo, la cantidad de soroche; canarios en sus jaulaseran entrados a la mina para saber si las concentraciones de monxido decarbono eran peligrosas ya que aquellas avecillas son bastante ms susceptibles

al gas, sobre ciertas concentraciones del monxido en el aire, el canario caedesvanecido, inmediatamente eran sacados al aire libre, conjuntamente contodos los mineros y los canarios se recuperaban, dispuestos a otra aventura.

Posteriormente, aparecieron los instrumento basados en reacciones qumicas deciertas sustancias que cambiaban de color al reaccionar con los gases. Se hacapasar por medio de una simple bomba de pera, el aire contaminado por un tubo y


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segn la intensidad de la coloracin o la cantidad de reactivo que alcanzaba areaccionar, sera la concentracin del contaminante en el ambiente. En laactualidad este tipo de instrumento es usado profusamente para detectar lapresencia de gases en atmsfera minera y en otros lugares, existiendo una largalista de tubos con reactivos para la deteccin de la mayora de los gases que se

pueden presentar.

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

En cuanto a los muestreadores de polvo, tambin se ha vivido una importantemodernizacin, desde la bomba manual hasta instrumento que entregan en formainstantnea la concentracin de polvo en el ambiente, los cuales usan algunapastilla de radiacin ionizante u otro sistema electrnico moderno, pasando porlas bombas automticas de flujo continuo. Todos los instrumentos modernos usangravimetra para la determinacin de la concentracin de polvo en el ambiente.

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


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CAPITULO II

PROPIEDADES FISICAS DEL AIRE

PARAMETROS BASICOS.

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

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

= m = G ; Kgr*seg2v g * v m4

donde:

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

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

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

= G/v ; kgr/m3En la ventilacin de minas se utiliza el peso especfico standard = 1,2 kgr/m3 que es el peso de1 m3 de aire, con la presin de 1 atm., temperatura de 15C y humedad de 60%.

De la frmula anterior tenemos:

= /g.El peso especfico indica tambin cuntas veces un gas es ms pesado o ms liviano que elaire.

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

temperatura dadas:

v = 1/G m3/kgr.

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

Por una atmsfera absoluta se entiende la presin po = 1,0333 Kg/cm2 de una columna de 760

mm. de mercurio a 0C y al nivel del mar. Con el cambio de la altura sobre el nivel del mar y dela temperatura, la presin "p" cambia segn la relacin siguiente:


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log. p = log. po -a

18,04 - 0,667t

donde:

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

ALTURA; m.s.n.m. 0 500 1.000 1.500 2.000

INDICACION delBAROMETRO; mm. Hg.

760 716 674 635 598

Presin; m.c.a. 10,33 9,7 9,0 8,6 8,1

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

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

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

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

po = presin en la superficie; mm. de mercurio;13,6 = peso especfico del mercurio kg./lt.h = profundidad de la labor, m. = peso especficoCon el aumento de profundidad, la presin aumenta en 9 a 10mm. de mercurio cada m.as en una mina profunda a 3.000 m, la presin es:

p = 760 + 9,5 * 3.000/100 = 1.045 mm. de mercurio,


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mayor que la presin normal en 33,5%.

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

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

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

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

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

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

W = G C (t2 - t1 )

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

LEYES BASICAS.Leyes Generales:

Ley de Boyle y MariotteA temperatura constanteT = cte.

p1=

v1= 1

P2 v2 2o tambin:

p1*v1 = p2 * v2 = cte. Ley de Gay-Lussac

A presin constantep = cte.

T1=

v1= 1

T2 v2 2


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A volumen constante:v = cte.

p1=

T1= 1

P2 T2 2Con el aumento o la disminucin de temperatura de 1 C desde 0 C, el volumen del gasaumenta o disminuye en 1/273 de su volumen.

v1 /v2 =T1 / T2Si:

T1 = 273 CT2 = T1 + t

v1/v2 = T1/(T1 + t)

(T1 + t) * v1 = T1 * v2

v2 = v1 * (T1 + t)/ T1

v2 = v1 * (273 + t)/273

v2 = v1 * (1 + t/273)

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

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

p*v = R* T

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

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

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


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

p =

n

pi

1

El peso especfico del aireSabemos que = 1/vSi:

v = R*T/p; tenemos que:

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

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

p*v/T = R* Z

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

Cuando se habla de Ventilacin de Minas, estamos pensando en presiones que, en casosexcepcionales podra a llegar a algunos cientos de mm.c.a. o Kgr./m2, Si pensamosexageradamente en 1.000 mm.c.a. tenemos que equibale a "0,1 Kgr./cm2" lo que, aldirigirnos al grfico del Factor de Compresibilidad, tenemos que, para los rangos de

H[Kgr/cm2] 102

Z

1 2 3 4 5 6 7 8

1,6

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

1,0

0,9

200C

0C


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temperatura mostrada Z es prcticamente igual a "1". Como consecuencia, entonces, sepuede decir que "el aire, en ventilacin de minas, se comporta como un gas ideal".

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

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

= p/(R*T). = constante fluido incompresible = variable fluido compresible

El peso especfico vara con la presin y la temperatura.

La variacin de presin se debe a:

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

Prdidas de carga. Estas son muy variables, normalmente no pasan de unospocos milmetros dependiendo del tipo de instalaciones y de los ventiladoresconectados al sistema.

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

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

HUMEDAD DEL AIRE.

El aire siempre tiene cierta cantidad de agua formando una mezcla, segn la ley de Dalton lapresin de la mezcla ser :

pt = pa + pv ;donde:

pa = presin parcial del aire seco;pv = presin parcial del vapor de agua.


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

Humedad absoluta, es el contenido de vapor de agua, en gramos, en un metro cbicode aire. Mientras ms elevada sea la temperatura del aire, mayor cantidad de vapor deagua puede contener, llegando a un punto donde, con esa temperatura, se tenga el mximo

de vapor de agua, en este punto el aire se encuentra saturado, y la presin parcial delvapor de agua es la mxima.

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

= 10,4/12,8* 100 = 81 %Tambin se define a la humedad relativa como el cuociente entre la presin parcial delvapor de agua y la presin de saturacin, a igual temperatura:

= (pv /ps ) * 100 ; %Para medir la humedad relativa del aire, se usan los siguientes instrumentos:

El Psicrmetro. Consta de dos termmetros iguales, uno de los cuales tiene bulbo envueltoen un trapo hmedo. Los dos termmetros van montados en un soporte que tiene unamanilla en ngulo recto que permite hacer rotar el instrumento. El termmetro secoindica la temperatura real; mientras que el otro termmetro, que tiene el bulbo envuelto

con un trapo impregnado con agua registra la temperatura que resulta de la evaporacindel agua. El instrumento se hace girar por uno a dos minutos; la velocidad de rotacinapresura la evaporacin y enfra el bulbo. A menor cantidad de vapor de agua en el aire,mayor es la rapidez de la evaporacin del agua del termmetro hmedo y por lo tanto, msbaja la temperatura de este termmetro. Cuando el aire est completamente saturado devapor de agua, la lectura de los dos ser igual.

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

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

El Higrmetro. Mide la humedad relativa del aire en base al cambio de largo de un pelo queno tiene grasa, que est de acuerdo con el contenido de vapor de agua en el aire, elalargamiento o acortamiento del pelo, es trasmitido, por medio de un sistema de palanca,al indicador de una escala graduada en porcentaje de humedad relativa.


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MOVIMIENTO LAMINAR Y TURBULENTO.

El movimiento lento del aire, que se componen de hilos separados que no se mezclan entre si y semueven paralelamente, se denomina laminar. Si la velocidad del aire aumenta, los hilos comienzan

a mezclarse entre si, formando torbellino. Un movimiento tal se denomina turbulento.

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

Estos movimientos de los fluidos fueron estudiados por Reinold (Re), determinando que:

Re

2.000 es flujo Laminar2.000 Re 4.000 es flujo IntermedioRe 4.000 es flujo Turbulento

Siendo:

Re =D * V

donde:

D = dimensin fundamental del ducto, m;V = velocidad del fluido, m/seg; = viscosidad cinemtica, m2/seg.En ventilacin de minas, siempre tendremos un Re mayor que 4.000, por lo tanto, elmovimiento ser turbulento, tal como se dijo.

Ejemplo:Si

V = 1m/seg;D = 2,0 m;

= 1,44 10-5

m

2

/seg. (t= 15 C)

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

"Flujo Turbulento"


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DETERMINACION DE ALGUNOS PARAMETROS.

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

= 0,465p ;Kgr./m3273 + tdonde: p = presin baromtrica, mm. de Hg;

t = temperatura del aire, C.

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

Manmetro ordinario. Este instrumento es comnmente colocado al lado de

ventiladores principales, con una rama en la galera de ventilacin y la otra abierta alexterior. Para amortiguar las fuertes oscilaciones del agua, dentro del tubo, secolocan tubos capilares en los extremos, tambin se puede rellenar con perdigones lacurva del tubo. Para una buena determinacin, es necesario que el instrumento quedebien sellado, en cuanto a que uno de sus extremos este en un lado de la pared y elotro al otro lado.

El Micromanmetro. Para la medicin de pequeas depresiones (del orden de dos acuatro mm. de columna de agua) que se encuentra en la determinacin de la ventilacinnatural de las minas, as como en trabajos de investigacin, se usan losmicromanmetros con escala inclinada. Este micromanmetro permite hacer

mediciones bastante precisas ya que su inclinacin hace que con pequeas presiones seproduzcan considerables desplazamiento del lquido.

Medicin de la velocidad del aire.La medicin de la cada de presin, por lo general tiene que estar acompaada de ladeterminacin del volumen del aire; la medicin de ste (m 3/seg.) se hace mediante laecuacin de continuidad Q=V * A, determinando la velocidad y el rea en el terreno.

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

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


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

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

Para determinar la velocidad con el tubo de humo, se mide una galera, de seccin

uniforme, una distancia (generalmente son dos metros), se suelta una nube de humo yse toma el tiempo que demora en recorrer el espacio determinado. Para su mayorexactitud, cada determinacin de velocidad se puede repetir varias veces. Lavelocidad se determina con la frmula:

V = 60 * w * lwti1

donde:

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

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

Vm = * Vmx.donde: entre 0,75 y 0,80Dos mtodos son los ms comunes usados para medir la velocidad media de un caudalde aire:


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Medicin frente al medidorMedicin en la seccin.

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

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

En el segundo caso, el operador se coloca en la pared de la galera, lo ms escondidoposible y hace pasear el anemmetro por la seccin de la galera, para este objeto elanemmetro se sostiene sobre una varilla que se atornilla en la base del anemmetro.En este caso, la correccin de la velocidad media es:

C = (A - 0,4) / A;

Donde:

A es el rea de la galera en m2

.

El caudal del aire que pasa por la galera es:

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

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

TEOREMA DE BERNOULLI.

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

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

ht = hs + hv + hz

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

pt = ps1 + pv1 + pz1


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

ps1+

V12+ Z1 =

ps2+

V22+ Z2

2g 2gdonde:

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


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CAPITULO III

RESISTENCIA AL MOVIMIENTO DEL AIRE

TEOREMA DE BERNOULLI.

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

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

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

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

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

Consideremos que las presiones geodsicas cambian segn una situacin quedepende totalmente de la estructura del yacimiento, del sistema deexplotacin que se usar y de las posibilidades que se presenten dedesarrollar galeras para ventilacin, por lo tanto ellas poco podr n aportarpara ayudar a vencer "H". Las presiones cinticas o de velocidad dependern

del tamao de las galeras por donde se mover el aire (V = Q/A, donde V =velocidad, Q = caudal y A = rea del medio), luego tampoco podr entregarlibremente presin para disminuir el aire. Estas dos formas de energa podrnusarse para vencer, si se quiere, parte de "H" dependiendo de lo que seproyecte con el circuito de ventilacin respecto a ubicacin de entradas ysalidas y tamao de las galeras.


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

H = hs1 - hs2

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

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

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

CAIDA DE PRESION.

En ventilacin de minas, como en hidrulica y en otros campos donde se aplicanlos principios de mecnica de fluidos, es de mayor inters determinar ladiferencia de presin entre dos puntos que la determinacin de la presin enellos. Sabemos que el flujo de aire se origina porque existe una diferencia depresin entre dos puntos del sistema, para poder lograr esta diferencia esnecesario agregar energa al sistema. Esta energa entonces, es consumida ensuperar las resistencias que las labores mineras le ponen al paso de una cantidad

determinada de aire. Estas resistencias originan entonces una cada o prdidade presin que llamaremos "H" y est dada en mm. de columna de agua o Kg/m2.

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

H = Hf + Hx

Las prdidas por friccin representan las prdidas de presin en el flujo

lineal, a lo largo del ducto y es producida por el rozamiento del aire contra lasparedes del ducto; en cambio las prdidas por choque son de origen localproducidas por diferentes accidentes como lo son: cambiar el rea,bifurcaciones o uniones, obstrucciones, cambios de direccin, etc.


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Ley de resistencia.

En los cursos de hidrodinmica, se demuestra que la diferencia de presinentre dos reas de un ducto est dada por la Ecuacin de Atkinson:

Hf = * Lf * P * V2

; (mm. de c.a. o Kg/m2)

A

donde:

Lf = Largo de la labor en m;A = Area de la labo

120024985 manual de ventilacion de minas

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