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VENTILACION MECANICA EN MINERIA

Ventilación mecánica en minería Es la ventilación auxiliar o secundaria y son aquellos sistemas que, haciendo uso de ductos y ventiladores auxiliares, ventilan áreas restringidas de las minas subterráneas, empleando para ello los circuitos de alimentación de aire fresco y de evacuación del aire viciado que le proporcione el sistema de ventilación general.

Objetivos  Mantener las galerías con un ambiente adecuado para el buen desempaño de hombres y maquinarias, para garantizar un nivel de contaminación ambiental bajo, y con una alimentación de aire fresco suficiente para cubrir los requerimientos de las maquinarias utilizadas en el desarrollo y preparación de nuevas labores.  El objetivo principal de la ventilación auxiliar ó secundaría subterránea es el de ventilar todos aquellos frentes que no alcanzan a ser ventilados por la corriente de aire principal.  De esta manera, será necesario utilizar la ventilación auxiliar como medio de ventilación artificial en aquellas galerías, transversales, piques o frentes ciegos.  Igualmente debe usarse en frentes de explotación por el sistema de cámaras y pilares mientras no haya comunicación de la cámara con otras cámaras que lleven corriente principal de aire.

Metas que debe atender la ventilación Mecánica o Secundaria:  Diluir los gases inflamables como el metano, o tóxicos como vapores nitrosos, monóxido de carbono, gas carbónico y otros.  Reducir el polvo de la atmósfera a nivel aceptable y no peligroso para la salud.  Mantener en los frentes de avance de túneles un clima adecuado y un caudal suficiente para la respiración del personal.  En la ventilación auxiliar o secundaria, se hace uso de ductos y ventiladores auxiliares, que ventilan áreas restringidas de las minas subterráneas, empleando para ello circuitos de alimentación de aire fresco y de evacuación del aire viciado que les proporciona el sistema de ventilación general.  La ventilación secundaria es aplicable al laboreo de túneles desde la superficie, aun cuando en estos casos no exista un sistema de ventilación general.

METODOS DE VENTILACION MECANICA O AUXILIAR:

 La ventilación de una labor de tope ciego (fondo de saco) presenta algunas características que la diferencian completamente de la ventilación general de una mina. Una de las particularidades más importante radica en que al ser la boca de la labor la única abertura por la que puede ingresar aire fresco, no se logra establecer fácilmente una corriente de ventilación.

Efectos del sistema impelente o soplante:  Cuando la ventilación se efectúa por impulsión, los gases de la voladura que ocupan inicialmente el fondo de la galería son empujados por la corriente de aire soplado y después de haber sido más o menos desplazados y diluidos, ellos circulan en la galería.  Los elementos de toda instalación soplante están constituidos por los siguientes factores:

VENTAJAS

 El sistema es de fácil instalación y mantenimiento.  Permite el empleo de tuberías de lona sin armadura.  Económicamente resulta más conveniente.  Cualquier pérdida de aire que se produzca a lo largo de la tubería, pese a incrementar los costos de ventilación, ayudará a mantener una atmósfera favorable en la labor.  El aire llega al frente en muy buenas condiciones físicas y químicas, produciendo rápidas mejoras en la situación ambiental de la zona de trabajo.

DESVENTAJAS

 El principal problema que presenta este método radica en que los humos, gases y polvos que se generan en el frente tienen que circular a lo largo de la labor para salir al exterior, como consecuencia de esto, los operarios que desarrollen sus actividades lejos del tope se encontrarán expuestos a una atmósfera contaminada.  El polvo que se forma durante la perforación de los barrenos, el uso de máquinas tuneladoras, o el gunitado (sobre todo si éste se realiza en seco) creará, en caso de no tomar medidas especiales, una atmósfera de reducida visibilidad que puede ocasionar serios problemas respiratorios al personal que se encuentre a lo largo de la labor.

SISTEMA DE ASPIRANTE

 En esta variante, el conducto de ventilación que se monta a lo largo de la excavación es utilizado para aspirar los humos, gases y polvos que se producen en el frente de trabajo. De esta forma, y por efecto de la depresión generada, el aire fresco es obligado a ingresar y recorrer la labor en toda su extensión hasta alcanzar el tope, mezclándose allí con los distintos contaminantes que puedan existir en la atmósfera. La succión requerida para que el aire contaminado ingrese en la tubería se obtiene mediante un ventilador acoplado a la salida del conducto.

Efectos de la Ventilación Aspirante:  La masa de aire que circula en una galería donde hay instalado un canal con ventilación aspirante, tiene la característica de que converge muy rápidamente para penetrar en el canal.  En tal forma que cualquier movimiento sensible del aire desaparece a una distancia pequeña delante del orificio de entrada del canal.  Esta distancia oscila entre 1 a 2 metros. En todo canal se observa que el espacio comprendido entre el orificio del canal y el frente está casi totalmente inmóvil

VENTAJAS

 Los humos, gases y polvos generados en el frente son extraídos a través de la tubería (salvo aquella porción que pueda recircular), evitándose de esta manera que el personal ubicado a lo largo de la labor tenga que respirarlos.  Se produce una rápida evacuación de los gases y humos a medida que estos son generados.

DESVENTAJAS

 Solamente pueden emplearse conductos construidos con materiales rígidos. En el caso de utilizar tuberías de lona, estas deben poseer internamente una armadura de acero en espiral que impida su cierre durante la ventilación.  El aire fresco ingresa muy lentamente a la labor, por lo que alcanza el frente de excavación a elevada temperatura.  En general, la ventilación aspirante dejará zonas del frente mal ventiladas.  Toda pérdida de gases, humos o polvo que se produzca en la tubería, contaminará el aire fresco que ingresa a través de la labor.

CONVINACION DE VENTILACION MIXTA

 Esta variante del método de ventilación por conductos consiste, desde un punto de vista técnico, en la aplicación conjunta de los métodos de ventilación aspirante e impelente anteriormente descriptos. En la práctica, la ventilación combinada presenta dos modalidades de trabajo bien definidas, una basada en alternar sucesivas fases aspirantes e impelentes, y otra que aplica estas fases en forma simultánea. En la primera modalidad del método, utilizada fundamentalmente para evacuar los gases y polvos generados por voladuras, se suceden etapas de ventilación aspirante e impelente.

VENTAJAS

 Los gases, polvos y humos son extraídos por la tubería, evitando de esta manera que el personal ubicado a lo largo de la labor tenga que respirarlos.  Se consigue una limpieza rápida y eficaz del frente de la labor.

DESVENTAJAS

 La instalación requerida es mucho más compleja y cara que la utilizada en ventilación aspirante o impelente.  El conducto por el que se extraerán los humos, gases y polvos tiene que ser rígido, o poseer una armadura de acero en espiral si se trata de mangas flexibles.  El aire fresco alcanza el frente de la excavación a baja velocidad y a temperatura elevada.  Toda pérdida de gases, humos o polvo que se produzca en la tubería, contaminará el aire fresco que ingresa a través de la labor.

APLICACIÓN DE LAS DISTINTAS VARIANTES DEL MÉTODO.  Cuando se trata de ventilar labores horizontales de poca longitud y de sección reducida (menos de 400 metros y hasta 9 metros cuadrado), lo más conveniente es utilizar, dependiendo de los equipos a emplear en el desarrollo, un sistema impelente de mediana o baja capacidad. En labores de mayor sección (superior a 12 metros cuadrados), y con una longitud de más de 400 metros, es recomendable el uso de un sistema aspirante o combinado si se desea mantener la excavación limpia y con buena visibilidad para el tráfico de vehículos, sobre todo si estos son diesel.

EQUIPAMIENTO UTILIZADO EN VENTILACIÓN POR CONDUCTOS

Para el montaje de un sistema de ventilación aspirante o impelente se requieren básicamente dos componentes:  Ventiladores.  Conductos de ventilación.

VENTILADORES

 Considerando la energía que utilizan, los ventiladores empleados en sistemas auxiliares pueden dividirse en eléctricos o neumáticos. Los primeros generalmente poseen de 100 a 300 HP de potencia. En cambio los segundos, utilizados si se dispone de una red de aire comprimido durante el desarrollo de labores no electrificadas o en excavaciones con emisiones violentas de grisú, no superan los 10 HP.

CLASIFICACION

 VENTILADOR CENTRIFUGOS: En estos ventiladores, el aire entra por el canal de aspiración que se encuentra a lo largo de su eje, cogido por la rotación de una rueda con alabes. Ofrece la más alta presión estática y un flujo mediano. Su eficiencia varia entre 60% y 80%, pueden trabajar a altas velocidades. Son ventiladores que pueden considerarse “quietos” si se observa su cueva característica, produce menos ruido que las axiales, son rígidos, son más serviciales pero mucho más costosos.

FUNCIONAMIENTO

 El aire ingresará a través de un oído en dirección paralela al eje del equipo, girando luego 90º para introducirse en la rueda de alabes. Esta rueda lo impulsará hacia la caja espiral, cuya función es amortiguar la velocidad del chorro, reduciendo así las pérdidas por choque. Finalmente el aire saldrá al exterior a través de la chimenea de sección creciente que el ventilador presenta en su parte superior

VENTILADORES AXIALES

 Los ventiladores axiales constan básicamente de un rotor con paletas unido solidariamente a un eje propulsor. Es este rotor el que, accionado por medio de un motor, impulsará el aire en una trayectoria recta con salida de flujo helicoidal, variando el caudal emitido en función de la inclinación que posean las paletas.

 En este tipo de ventiladores, el aire ingresa a lo largo del eje del rotor y luego de pasar a través de las aletas del impulsor o hélice es descargado en dirección axial. También se les llama ventiladores de hélice.  Ofrece el más alto flujo de aire, su eficiencia esta entre 70 y 80% y son capaces de trabajar a las velocidades más altas.  Presentan una gama fuerte de inflexión e inestabilidad, producen los niveles más altos de ruidos, son más versátiles y son más baratos.

PROPULSOR O MURAL

 Es el típico ventilador de campanas de cocina, capaz de generar diferencias de presión del orden de 0,5 a 1,5 pulgadas de agua, con caudales variables según su diámetro.

TUBO - AXIAL

 Es aquel que tiene su rotor y motor dentro de una carcasa cilíndrica, lo que incrementa su capacidad y le permite producir diferencias de presión de hasta 4 pulgadas de agua, siendo por esto apropiado para conectar a conductos y trabajar en serie.

VANE - AXIAL  Es similar al anterior, pero posee además un juego de paletas fijas a la carcasa (vanes) que actúan como guía y permiten producir diferencias de presión de hasta 10 pulgadas de agua en los modelos comunes, o incluso presiones superiores en aparatos especialmente construidos. Debido a las grandes diferencias de presión que generan, los ventiladores tipos vane – axial son los más utilizados en sistemas de ventilación auxiliar, seguidos de los tubo – axiales. Los del tipo propulsor son empleados únicamente para ventilar pequeñas labores o dependencias subterráneas de las minas

Ventiladores contra rotatorios  Los ventiladores contra-rotatorios son modelos tubo-axiales construidos con varios rotores de paletas montados sobre un mismo eje principal, presentando como particularidad que el sentido de giro de cualquiera de estos rotores será siempre opuesto al de sus adyacentes. Este tipo de ventiladores se utiliza por lo general para accionar sistemas auxiliares de ventilación de gran resistencia aerodinámica, ya que generan presiones muy superiores a las que se obtendrían con un ventilador axial de una etapa de dimensiones y potencia similares.

CONEXIÓN SIMULTÁNEA DE VENTILADORES

 Cuando en un sistema de ventilación auxiliar no es posible obtener mediante el empleo de un solo ventilador el caudal o la presión de aire requerido, será necesario utilizar en forma simultánea más de una unidad, pudiendo conectarse éstas de alguna de las siguientes formas:  Conexiones en serie.  Conexiones en paralelo

CONEXIÓN DE VENTILADORES EN SERIE

La conexión de ventiladores en serie es el método de montaje múltiple más comúnmente utilizado en sistemas de ventilación auxiliar. Esta forma de acoplamiento presenta dos variantes bien definidas:  con ventiladores colocados uno a continuación de otro al comienzo de la tubería.  con ventiladores distribuidos a lo largo del tendido del conducto.

Ventiladores en serie montados al comienzo del conducto

 En teoría, cuando varios ventiladores se instalan en serie al inicio de una tubería, la curva característica resultante debería mantener el caudal constante y sumar las presiones generadas por cada uno de los equipos .Sin embargo en la práctica, la presión no duplica su valor si se conectan dos unidades idénticas, ya que siempre habrá pérdidas por turbulencias, por diferencia en el ángulo de calaje de sus paletas, o por otros motivos.

 La principal ventaja que presenta la instalación en serie de ventiladores al comienzo del conducto radica en que la energía requerida para accionar los equipos sólo deberá llevarse hasta la boca de la labor.

 En cuanto a desventajas, la fundamental es que al inicio de la tubería la corriente de aire alcanzará presiones elevadas, provocando esto una mayor cantidad de fugas

Ventilación en cascada con presión cero

 Esta es la forma de conectar ventiladores en serie más comúnmente utilizada en labores de tope ciego. Cuando se aplica, la ubicación de los ventiladores debe ser calculada de forma tal que cada uno de ellos se instale en el punto donde la presión generada por el anterior llegue a cero. Este tipo de montaje ite el uso de tubería flexible común, aunque en los últimos metros antes de un ventilador es aconsejable colocar tubería reforzada o metálica.

CONEXIÓN DE VENTILADORES EN PARALELO

 La conexión de ventiladores en paralelo se emplea principalmente cuando los caudales de aire requeridos no pueden ser obtenidos con un solo equipo. Esta situación se presenta muy pocas veces en ventilación de labores de tope ciego, ya que generalmente es la resistencia que ofrecen los conductos, y no el caudal de aire requerido en la labor, lo que controla el diseño de una red de ventilación auxiliar

CONDUCTOS DE VENTILACIÓN  Los conductos son un elemento fundamental en un circuito auxiliar de ventilación, ya que a través de ellos el aire fresco podrá alcanzar el frente de excavación (ventilación impelente), o podrán extraerse los gases, polvos y humos contaminantes hacia la boca de la labor (ventilación aspirante).

Los principales tipos de conductos que se utilizan en la ventilación de labores subterráneas son los siguientes:  Conductos de Madera.  Conductos Metálicos.  Conductos Plásticos.

CONDUCTOS DE MADERA  Los primeros conductos de ventilación utilizados en minería eran construidos con madera y presentaban secciones rectangulares o circulares. Originalmente las paredes interiores de estos conductos se mantenían desnudas, por lo que ofrecían grandes resistencias aerodinámicas al paso de la corriente de aire (coeficientes comprendidos entre 0,0004 y 0,0005). Para evitar este problema, comenzaron a ser forrados internamente con enchapado metálico, produciendo esto una reducción de las pérdidas de carga por rozamiento con las paredes (coeficientes de 0,0003 a 0,0004), y dando origen a los conductos metálicos que terminarían por desplazarlos. Hoy en día los conductos de madera han desaparecido de la ventilación auxiliar, ya que resultan caros, difíciles de mantener, presentan importantes fugas de aire (20 al 50% del caudal por cada 100 metros de conducto), y ofrecen una elevada resistencia aerodinámica.

CONDUCTOS METALICOS

 Los conductos metálicos utilizados en ventilación auxiliar son construidos con chapa de acero de 1 a 4 milímetros de espesor, siendo fabricados en tramos de 3 a 10 metros de largo y 200 a 800 mm de diámetro. Este tipo de conducto resulta muy eficiente cuando se lo utiliza en sistemas de ventilación auxiliar aspirante, sobre todo si las labores poseen una gran longitud, ya que presentan un bajo coeficiente de rozamiento aerodinámico (valores de comprendidos entre 0,0002 para canales lisos y 0,0005 para canales rugosos), excelente estanqueidad en las uniones de los diversos tramos, y bajo costo de mantenimiento. Las desventajas principales que posee son su peso y rigidez, ya que estas dificultan y encarecen su instalación y retiro final de la faena.

INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LOS VENTILADORES Y CONDUCTOS

 Por lo común, el montaje de un ventilador axial o contra – rotatorio en una excavación horizontal es sencillo, si este posee un tamaño proporcionado respecto a la sección de la labor donde se instalará, teniendo generalmente un diámetro menor o igual que el conducto al que se acopla.

Uno de los métodos más utilizados es el empleo de una plataforma sobre la que se instala horizontalmente el equipo, sujetándolo mediante tornillos que facilitan su colocación o retiro. Esta plataforma se mantiene suspendida del techo por medio de pernos de anclaje de 1 a 2 pulgadas de espesor o cáncamos con cabeza de expansión.

Entre los principales elementos que deben tenerse en cuenta se destacan los siguientes:  Cono de entrada: este rio permite reducir en un 90% las pérdidas de carga que experimenta la corriente de aire al ingresar al ventilador.  Rejilla de protección: rio solidario o fijado mediante pernos al cono de entrada, indispensable para proteger los componentes móviles del ventilador de elementos extraños que puedan ingresar al mismo.  Bases de soporte: construidas por lo general con perfiles de acero, proporcionan una plataforma horizontal o vertical a la cual puede apernarse, mediante los flanges, el equipo de ventilación.  Cono de descarga: este elemento cumple dos funciones de enorme importancia, unir el ventilador y el conducto salvando las diferencias de diámetro que estos presentan, y disminuir las pérdidas de carga cinética que experimenta la corriente de aire al salir del ventilador.  Codos y derivadores: estos elementos se utilizan durante el montaje del conducto para adaptar su tendido al trazado irregular que pueda presentar la excavación a ventilar, siendo por lo general construidos de chapa metálica o materiales plásticos rígidos.

Toda mina subterránea deberá implementar:

 Un sistema de ventilación 100 % mecanizado.  Instalación de ventiladores auxiliares + ductos en galerías ciegas en desarrollos.  Instalación de puertas metálicas para control y distribución de flujos de aire.  Desarrollo de galerías especiales en los circuitos principales de ventilación para la distribución de altos caudales de aire con el objeto de controlar el fenómeno de recirculación y las consecuentes pérdidas de caudal en las zonas a ventilar.

GRACIAS