Universidad Nacional De Piura

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Acondicionamientode aire en minas

ndice

Introduccin.....Pg. 02 Acondicionamiento de Aire en Minas..Pg. 03 Fuentes de calor en minas subterrnea...Pg. 04 Compresin adiabtica o autocompresin del aire.....Pg. 04 Calor de la masa rocosa......Pg. 06 Agua subterrnea y evaporacin...Pg. 07 Maquinaria y alumbrado..Pg. 08 Metabolismo humano.......Pg. 09 Resumen de carga de enfriamientoPg. 11 Enfriamiento de aire en mina...Pg. 11 Clasificacin de plantas o sistemas de enfriamiento........Pg.12 Agua de superficie con disposicin de calor al agua de drenaje.....Pg.12 Unidades de refrigeracin con disposicin de calor en drenaje de mina...Pg. 13 Refrigeracin con torre de enfriamiento subterrnea y disposicin de calor en la salida de aire de la mina....Pg. 15 Enfriamiento de agua de servicios...Pg. 15 Manejo de agua refrigerada......Pg. 16 Alternativas para acondicionar el aire de una mina, cada una responde a necesidades especfica......Pg. 20 Resumen del proceso de diseo......Pg. 24 Algunos posibles desarrollos en sistemas de enfriamiento......Pg.26 Conclusiones....Pg. 27 Linkografia. Pg.28

Introduccin

El acondicionamiento de aire en minas se define como la refrigeracin de aire, haciendo uso de un sistema de enfriamiento de aire, suministrndolo por todas las reas de trabajo o frentes de trabajo de las minas subterrneas, empleando para ello circuitos de alimentacin de aire fresco que remuevan la cantidad de calor necesario para asegurar las condiciones optima de trabajoEl objetivo del acondicionamiento de aire es mantener los frentes de trabajo, con un ambiente adecuado para el buen desempeo de hombres y mquinas, esto es con un nivel de temperatura adecuado.Un buen acondicionamiento de aire no slo proporciona un ambiente ms confortable para los trabajadores, sino que adems permite obtener mejores rendimientos y mejorar la productividad de los hombres y equipos, el bienestar, la sofocacin y otros efectos beneficiosos que se traducen finalmente en una rebaja en los costos de los desarrollos y en el trmino de los mismos dentro de los plazos establecidos.

Acondicionamiento de Aire en Minas

El acondicionamiento de aire en minas, es necesario para realizar las actividades y procesos productivos propios del lugar. Para ello se requieren condiciones especficas.Cuando el sistema de ventilacin subterrnea de una mina, con todas las medidas tomadas para controlar y reducir la temperatura y la humedad, es incapaz de proporcionar las condiciones ambientales requeridas por las normas gubernamentales aplicables y por las normas o estndares adoptados por la propia mina en particular (siempre y cuando estos sean superiores a los requerimientos legales), entonces es necesario acondicionar el aire, por lo general para dotarlo de una mayor capacidad de enfriamiento, por medio de un sistema de enfriamiento de aire.En algunas minas en otros pases con climas muy fros en el invierno llegan a requerir calentar el aire.

Fuentes de calor en minas subterrneasEl resultado predecible de una mina al profundizar es que aumente su temperatura y que tambin aumente su humedad, hasta cierto punto en el cual un incremento en los flujos de ventilacin no sea suficiente para mantener condiciones ambientales adecuadas en la mina. Es el momento de recurrir a sistemas de enfriamiento, debiendo seleccionar el sistema que sea ms conveniente, que le sirva para las condiciones particulares de la mina.Para planificar un sistema de enfriamiento hay que determinar la cantidad de calor sensible y latente que se debe remover, dicho de otra manera hay que determinar la carga de enfriamiento. Por orden de importancia las fuentes de calor en una mina subterrnea son: compresin adiabtica o autocompresin del aire, calor de la roca (gradiente geotrmico), equipo electromecnico y alumbrado, agua subterrnea, oxidacin, voladuras, metabolismo humano, movimiento de roca y tuberas. Hay que tener en cuenta la temperatura y humedad del aire de ventilacin por su efecto en el flujo de calor de la roca y del agua subterrnea.

Compresin adiabtica o autocompresin del aire

En las labores mineras subterrneas sensiblemente verticales el peso de la columna de aire ocasiona una compresin en el fondo de la columna que viene acompaada por un aumento en la temperatura del aire, como sucede cuando se comprime aire utilizando un equipo de compresin.Para determinar la cantidad de calor que produce la autocompresin del aire, se hace la suposicin de que la compresin del aire se realiza adiabticamente, es decir, se asume que el contenido de vapor de agua en el aire permanece constante, que no hay friccin en el flujo de aire y que tampoco hay transferencia de calor entre el aire y las paredes de la labor.

En realidad, por lo general hay cambios en el contenido de vapor de agua, hay transferencias de calor y hay friccin en el flujo de aire.Se estima que, de manera general, el aumento en la temperatura de bulbo seco debido a la autocompresin es de 1 C por cada 100 metros de profundidad de la labor subterrnea.

El aumento terico en la temperatura de bulbo seco del aire en una labor por el que baja aire se puede calcular por la ecuacin:

Donde:Tes la temperatura absoluta de bulbo seco,P es la presin atmosfrica, Y es la razn entre los calores especficos del aire a volumen y presin constantes los subndices 1 y 2 denotan las condiciones iniciales y finales respectivamente.

Los valores deson de 1.402 para aire seco y de 1.362 mnimo para aire saturado; el exponente(-1)/ por lo tanto toma los valores de 0.287 para aire seco y de aproximadamente 0.266 para aire saturado. En el uso de esta frmula se est suponiendo que el comportamiento es adiabtico. Esto es, cuando el contenido de vapor del aire permanece constante, no hay friccin en el flujo y no hay transferencia de calor entre el aire y cualquier otro cuerpo.En una mina real, por supuesto, esto no sucede nunca. De una manera prctica sin considerar el clculo terico, el aumento en la temperatura de bulbo seco se estima en 5.3 F para una disminucin en elevacin de 1,000 pies (9.66 C/1,000 m).El aumento en la temperatura de bulbo hmedo es ms variable y no fcilmente susceptible de calcular.Para fines de estimacin, el aumento en la temperatura de bulbo hmedo se puede aproximar como 0.45 veces aquella del aumento en la temperatura de bulbo seco, o 2.4 F para una disminucin en elevacin de 1,000 pies (4.37 C/1,000 m).

Calor de la masa rocosaLos cambios de temperatura en superficie afectan la temperatura de la roca hasta una profundidad de unos 15 m. A partir de esa profundidad la temperatura aumenta uniformemente a medida que aumenta la profundidad. Este aumento es conocido como gradiente geotrmico y es diferente para cada distrito minero.De la misma manera como el aire al autocomprimirse alcanza una profundidad crtica, la masa rocosa generalmente por ser la mayor fuente de calor al alcanzar una cierta profundidad calienta el ambiente a unos 41 C, la cual es denominada como la temperatura crtica a partir de la cual hay que recurrir para calcular.

Para calcular la transferencia de calor de la pared de la masa rocosa hacia la corriente de ventilacin, se debe conocer primero la temperatura de la roca virgen y las propiedades trmicas de la roca, conductividad trmica y razn de difusin trmica. El flujo de calor de la roca hacia una va de aire es extremadamente complejo y se aparta de la teora de transferencia de calor de estado continuo.

Aun suponiendo que la conductividad trmica de la roca es constante, el flujo de calor es considerablemente ms alto durante el perodo inicial despus de excavada una obra minera, que varios aos ms tarde cuando se han desarrollado condiciones de estado continuo o estable. En la transferencia de calor la humedad es muy importante, si la roca est muy mojada esta humedad aumenta la razn de transferencia de calor al reducir la resistencia a la transferencia de calor en la interfase y al bajar la temperatura de bulbo seco del aire.

Agua subterrnea y evaporacinEl agua subterrnea en contacto con la roca circundante puede tener una temperatura igual o cercana a la de la roca, pero si est en la cercana o en contacto con fuentes geotrmicas, entonces su temperatura ser mayor a la de la roca circundante. Por otra parte pueden aadirse grandes cantidades de calor al aire al evaporarse el agua de barrenacin, que se decanta en reas minadas con relleno hidrulico y el agua que se usa para mojar la roca quebrada en las voladuras o lavar obras.

El mtodo Starfield para calcular el flujo de calor de la pared de la masa rocosa toma en cuenta la carga de calor por evaporacin. Aqu no se discute la determinacin por separado de la carga de calor por evaporacin, debido a su complejidad y a la cuestionable confiabilidad de los mtodos existentes de estimacin. Para fines de estimacin, en virtud de que gran parte del aire en la mina est saturado o cerca de su saturacin, y si el agua no est demasiado caliente no se incurre en mucho error si se considera un aumento en la temperatura de bulbo seco de 0.36C cada 100 metros (0.2F cada 100 pies) sobre la ganancia de calor en una obra minera seca. Si el agua est muy caliente, un aumento de 3.65C cada 100 metros (2F cada 100 pies) hasta llegar a un mximo de 43.4C (110F) en la temperatura de bulbo seco es lo suficientemente aproximado. En tneles muy mojados la temperatura de bulbo hmedo del agua estar todo el tiempo dentro de 2 F (1.1C) de la temperatura de bulbo seco.

Existen diversas fuentes de calor en las minas subterrneas, tales como: autocompresin del aire, calor de la masa rocosa, agua subterrnea y evaporacin (las cuales se explicaron en el prrafo anterior), maquinaria y alumbrado, metabolismo humano, oxidacin, coladuras, movimiento de roca y tuberas.

Maquinaria y alumbradoPara calcular el calor sensible producido por el equipo electromecnico es elemental establecer la cantidad, ubicacin, potencia total conectada a la mina y el factor de carga de los equipos. Se hace la suposicin de que toda la carga de la maquinaria en la mina se convierte en calor. Si est bajo consideracin un slo lugar de trabajo, entonces nada ms la maquinara localizada ah aporta calor. Hay que considerar por separado los ventiladores, dependiendo de su localizacin con respecto a la zona de enfriamiento de la mina. Si el equipo es diesel, entonces el clculo de ganancia de calor debe considerar la combustin del combustible, comnmente se supone que es el 90% del valor calorfico del combustible:

Si cualquiera de la maquinaria estacionaria en una mina (un ventilador principal, bomba o compresor) se puede ubicar en superficie, o si cualquier equipo de una seccin (un ventilador) se puede localizar en una va de salida de aire, entonces se reduce proporcionalmente la ganancia de calor sensible en los lugares de trabajo. Toda la energa elctrica del alumbrado se convierte en calor sensible, el cual aunque pequeo, se suma a la carga de enfriamiento del aire de mina. El calor generado por el sistema central de alumbrado y las lmparas mineras individuales tambin debe ser considerado.

Metabolismo humano

Los procesos del metabolismo humano producen calor, y como la temperatura del cuerpo normalmente est arriba de la temperatura de la atmsfera, el calor desechado por el cuerpo fluye hacia el aire. El calor metablico producido por un hombre trabajando vara de 800 a 2,400 Btu/h. Los trabajadores en condiciones normales aportan calor, sensible y latente (al evaporarse el sudor) al aire; el ms importante en atmsferas calientes, hmedas es el calor latente. Si la cantidad de aire de ventilacin es relativamente grande en proporcin al nmero de personas que ventila, se puede ignorar esa fuente. Por supuesto, en condiciones apiadas con vas de aire pequeas o en minas con mucha mano de obra, la contribucin de calor corporal metablico puede ser significativa.

Variacin en la liberacin de calor con la temperatura efectiva de una persona en reposo o trabajando. Proporcin de calor corporal liberado por radiacin y conveccin, y por evaporacin. (Por Carrier, 1950).

Oxidacin

Actualmente no hay una manera efectiva de calcular la cantidad de calor producido en los procesos de oxidacin. En algunas minas metlicas con mineral de sulfuros y en minas de carbn, esto puede ser significativo y en tales casos, la carga de enfriamiento de mina tiene que estimarse aumentndola en una cantidad apropiada.

VoladurasLos clculos de la cantidad de calor transferida en las disparadas, donde es posible hacerlo, son difciles y se deben determinar sobre la base de caso individual.

Movimiento de rocaAl igual que con la oxidacin, en este momento no se puede cuantificar con certeza el calor contribuido por el movimiento de roca; por lo general, no es de consideracin. En las minas que socavan con mtodos por hundimiento, se debe hacer una consideracin adecuada.

TuberasBsicamente se usa la ecuacin de Fourier para superficies curvas para calcular el flujo de calor de una tubera de agua caliente hacia el aire de un lugar de trabajo o del aire hacia la tubera de agua, slo si la temperatura del agua es menor que la del lugar de trabajo.

Sin embargo, intervienen varios coeficientes de transferencia de superficie, por lo que es recomendable seguir un procedimiento tomado de una publicacin especializada en transferencia de calor de tuberas (Whillier, 1974). A menos que haya tuberas que transporten grandes cantidades de agua arriba de 32 C (90 F) o debajo de (16 C) (60 F), la cantidad de transferencia de calor no es de consideracin.

Resumen de carga de enfriamiento

Para hacer un anlisis real de calor de una mina subterrnea, lo ptimo es hacer simulaciones en un modelo computarizado de la mina para tomar en cuenta factores como: la naturaleza dinmica de los flujos de aire de la mina, los cambios diurnos y estacionales en la temperatura del aire entrante, el envejecimiento de las vas de aire, entre muchos ms.A diferencia del enfriamiento de un edificio, en donde el aire circula por las mismas reas una y otra vez (con la adicin de aire fresco del exterior), en una mina el aire por general se usa slo una vez en cada lugar de trabajo antes de que se mueva al siguiente. Eventualmente el aire debe ser acondicionado otra vez. Por lo tanto, para determinar donde se necesita enfriamiento en una mina, el procedimiento recomendado es definir las mximas temperaturas que deben ser alcanzadas, calcular los flujos de calor y los aumentos de temperatura a medida que el aire se aproxima a la temperatura mxima objetivo.

Enfriamiento de aire en minaEl objeto de acondicionar el aire de la mina impartindole mayor capacidad de enfriamiento para contrarrestar condiciones trmicas ambientales adversas, es cuando la ventilacin no puede mantener condiciones trmicas ambientales adecuadas.Para poder decidir cul sistema de acondicionamiento de aire es conveniente se deben conocer y/o establecer los siguientes datos: Parmetros fisiolgicos, meteorolgicos en superficie, geolgicos, de produccin y de ventilacin.De ser necesaria la refrigeracin, de acuerdo a los sudafricanos, se debe hacer en tres fases. En la primera fase se debe enfriar el agua de servicios de la mina a la temperatura ms baja posible. En la segunda fase se enfra el aire entrante a la mina para compensar los efectos del aire hmedo del verano, la autocompresin y las fuentes de calor en el sistema de tiros. Por ltimo, en la tercera fase se vuelve a enfriar el aire de ventilacin de vez en cuando en los rebajes usando serpentines con agua enfriada.

Clasificacin de plantas o sistemas de enfriamientoLos lugares lgicos disponibles en una mina subterrnea donde deben ubicarse las plantas de refrigeracin son: en superficie o en el interior de la mina. Los sistemas de enfriamiento se clasifican en cuanto a su ubicacin y en cuanto a la manera de disipar el calor generado por las plantas. Es sabido que no hay dos minas iguales, por lo que para elegir un sistema se debe tomar en cuenta las condiciones individuales de cada mina.

Agua de superficie con disposicin de calor al agua de drenaje

Para un sistema as se necesita tener una gran cantidad de agua fra disponible en superficie, tal como un ro o un lago, lo cual es una situacin poco comn. El agua as disponible se entuba para bajarla a la mina y usarla en plantas de acondicionamiento de aire, una vez usada se descarga en el drenaje de la mina.

Se han hecho pruebas de hacer hielo en superficie y mandarlo por tubera a la mina en una lechada de agua a 0 C con hielo. Sin embargo, el costo de capital de hacer hielo en superficie es ms alto que el de unidades mecnicas de refrigeracin en el interior de la mina.

Unidades de refrigeracin con disposicin de calor en drenaje de mina

En este sistema la unidad de refrigeracin se sita en el interior de la mina y enfran el aire directamente o hacindolo pasar por un intercambiador de calor. El condensador de esta unidad es enfriado por agua de mina, el agua despus de enfriar el condensador es descargada al sistema de bombeo de agua. El sistema requiere bastante agua. Hay unidades que aceptan agua a una temperatura de hasta 40C (104F), utilizando el refrigerante correcto. El agua de mina debe estar libre de sedimentos y slidos disueltos, no debe ser corrosiva ni debe crear incrustaciones en las tuberas.Por supuesto la descarga de agua caliente del condensador no debe estar en contacto con el aire entrante para no aadir ese calor al aire.

Enfriamiento directo del aire: En este sistema el aire es enfriado al pasar y tener contacto directo con los serpentines de la unidad de refrigeracin. Las unidades de refrigeracin estn integradas por serpentines, compresor, condensador enfriado por agua y ventilador. Esta unidad es de 40 toneladas y enfra 12,000 pcm de aire de 32 a 16C (90 a 60 F), cuando al condensador se le proporciona agua a 27 C (80 F).

Enfriamiento por agua:En este sistema las unidades de refrigeracin enfran agua en circuitos cerrados o semicerrados. El agua enfriada se hace circular por intercambiadores de calor de serpentn y aletas o a piletas de aspersin. Tambin se usa agua de mina en el condensador. Cuando se requiere enfriar muchos lugares se prefiere este sistema sobre el de enfriado directo de aire debido a que se puede centralizar el mantenimiento de refrigeracin en una o en unas cuantas reas, porque las plantas se pueden ubicar en reas cercanas a los lugares de trabajo y donde las condiciones de temperatura y humedad sean ms favorables.

Refrigeracin con torre de enfriamiento subterrnea y disposicin de calor en la salida de aire de la mina

Este sistema es utilizado en las minas de oro sudafricanas. En vez de descargar el agua del condensador al sistema de bombeo de la mina, se pasa por torres de enfriamiento localizadas en la entrada de contrapozos o tiros de extraccin de aire. Las plantas de refrigeracin por lo general se sitan cerca de estos tiros o contrapozos. El equipo de refrigeracin usado en este sistema debe poder utilizar temperaturas de condensador bastante altas, por lo general arriba de 35 C (95 F), porque la temperatura de bulbo hmedo del aire en ese punto es alta. Debe haber disponibles grandes cantidades de aire, porque el aire, por lo general, est cerca de la saturacin y por lo mismo no puede absorber mucha agua en el enfriamiento por evaporacin del agua del condensador.El diseo de torres de esta clase se basa grandemente en la experiencia, mucha de ella acumulada en las minas sudafricanas. El agua del condensador en este sistema se puede usar una y otra vez; es agua que debe ser tratada.

Enfriamiento de agua de serviciosEl enfriamiento de agua de servicios es una prctica muy extendida en Sudfrica que complementa pero no sustituye otros sistemas de enfriamiento de aire. Se usa ms en sistemas de minado que involucra voladuras, donde el aire pasa de un lugar de trabajo a otro en un flujo continuo, ms que por sistemas que involucran hundimiento. Esta agua se usa para suprimir el polvo del mineral y tablas. La mayor parte del calor de la roca quebrada y de las tablas calienta el agua a la temperatura del aire entrante; ese calor no calentar el aire y disminuye la necesidad de enfriar el aire.

Manejo de agua refrigeradaPara enfriar el aire de mina se puede utilizar agua fra de superficie de tres maneras: Sistema de alta presin:En este sistema el agua pasa por los serpentines subterrneos de enfriamiento agua-aire y es retornada a superficie directamente. Como las minas que requieren enfriamiento por lo general son profundas, el agua que llega al interior de la mina tiene una gran cabeza esttica 10 kg/cm2/100 m (43.3 lb/pul2/100 pies), por lo que el sistema necesita tubera de alta presin en toda la mina y el peligro es que de haber una fuga, el agua va salir con una fuerza tremenda. Sistema de alta presin con turbina:Aqu se aprovecha la alta cabeza esttica del sistema para, por medio de turbinas accionadas por esa agua, generar parte de la potencia necesaria para bombear el agua de la mina y para reducir la cabeza esttica a niveles manejables. El agua una vez que pasa por las turbinas se puede usar en un sistema de anillo cerrado o de anillo abierto. Este sistema tiene la ventaja de la eficiencia trmica, pero la desventaja de prdidas de potencia debidas a las ineficiencias en las turbinas y generadores y los costos de capital y mantenimiento del equipo adicional.

Sistema alta presin/baja presin:Este sistema est formado por dos circuitos, en el primero, o de alta presin, el agua de superficie se puede usar en intercambiadores de calor de coraza y tubera en combinacin con el segundo circuito en el que el agua fluye nicamente en el interior de la mina; de los intercambiadores de calor a la unidad de refrigeracin y retorna.La ventaja del intercambiador de calor de coraza y tubera es la reduccin de presiones a niveles manejables sin necesitar equipo adicional, pero tiene las desventajas de requerir mantenimiento especial para mantener limpios los intercambiadores de calor, en especial los tubos, cierta prdida de eficiencia trmica en el proceso de intercambio de calor y muy altas prdidas de cabeza de bombeo a travs de las corazas del intercambiador.

Sistemas de baja presin circuito cerrado:En esta disposicin el agua al salir de los intercambiadores de calor se bombea a serpentines de enfriamiento en las varias estaciones de enfriamiento, regresando directamente a la entrada de la bomba de circulacin. La mayora de las estaciones de enfriamiento son del tipo de serpentn y estn en paralelo unas con otras. A veces el agua de retorno se vuelve a usar como agua del condensador en unidades de refrigeracin mecnica de punto.En este sistema las ventajas son que la nica cabeza que debe vencer el bombeo es la debida a las prdidas por friccin, prcticamente no hay consumo de agua excepto el ocasionado por fugas en el sistema. Las desventajas del sistema es que se necesita mantener balanceado el sistema con vlvulas de control, el peligro de las fugas y la necesidad de mantener una cabeza positiva en la entrada de la bomba. Sistemas de baja presin circuito parcialmente cerrado con pileta de retorno de agua caliente:En este sistema el agua se almacena en una pileta lo suficientemente arriba de la bomba de circulacin para proporcionar la suficiente cabeza de succin. El agua fluye a travs de la bomba y de los intercambiadores de calor y despus a los varios serpentines de enfriamiento, despus de lo cual retorna a la pileta. En este arreglo se puede localizar la bomba ya sea entre la pileta y los intercambiadores de calor o unidades de refrigeracin, si hay la suficiente cabeza para forzar el agua a travs del aparato de enfriamiento. El circuito parcialmente cerrado es ms comn, porque una fuga en el sistema no va en detrimento del resto del sistema. La pileta tendr la suficiente capacidad para mantener fluyendo el agua hasta que se localice la fuga. Es tambin ms fcil integrar nuevos circuitos a la lnea, porque el aire atrapado en las lneas nuevas fluir a la pileta de retorno y ah se disipar.Las desventajas de este arreglo son la necesidad de excavar la pileta, la posibilidad ms grande de contaminacin del agua con sedimentos o con agua cida de la mina, y que se debe vencer algo de presin esttica.

Sistema de baja presin circuito parcialmente abierto con piletas de agua enfriada y de retorno de agua. Aqu el agua fra sale de los intercambiadores de calor o de otros aparatos de enfriamiento y se almacena en por lo menos una pileta de agua refrigerada. El agua de esta pileta es enviada hacia las estaciones de enfriado en los niveles superiores y es descargada a las piletas de retorno de agua. En las piletas de retorno de agua hay bombas que suben el agua a la pileta de almacenamiento de agua caliente cerca de los intercambiadores de calor u otro aparato de enfriamiento.El agua destinada a los niveles inferiores, donde la cabeza esttica se convertir en un problema, es dirigida primero a las piletas intermedias de agua fra localizadas poco arriba de los niveles. De esta manera se reduce grandemente la cabeza esttica a la cual est sujeta la tubera en los niveles inferiores. El agua de retorno se maneja de la misma manera que como para los niveles superiores.Este es un sistema verstil que puede ser variado, con combinaciones de flujos enviados a una pileta, bombeo en etapas, etctera. Se pueden usar estanques de aspersin con agua refrigerada usando piletas, cosa que no puede hacerse en sistemas de circuito cerrado. En contra est el gasto extra para vencer las cabezas estticas y dinmicas, la excavacin y mantenimiento de piletas, costo de adquisicin y mantenimiento de bombas y la posible contaminacin del agua.

Sistema de baja presin circuito completamente abierto.Aqu el agua que se va a usar en el enfriamiento subterrneo por lo general se almacena en piletas antes y despus del enfriamiento, como en el sistema de anillo parcialmente abierto y se distribuye de manera similar. Pero el agua en vez de ser regresada otra vez a una pileta de almacenamiento de agua caliente para volverse a usar en el sistema de enfriamiento, es descargada al sistema de agua de bombeo de la mina. Con esto se evita la necesidad de muchas piletas y bombas de retorno, pero se necesita una fuente abundante de agua de buena calidad.Los enfriadores de punto reducen mucho la exposicin del aire enfriado con la roca caliente de las obras mineras, al reducir la distancia que el aire enfriado tiene que recorrer para llegar al lugar de trabajo. Por lo general se ubican a unos 60 a 90 m del lugar de trabajo. Al estar ubicados cerca del lugar de trabajo los enfriadores de punto alcanzan bajas temperaturas efectivas en los lugares de trabajo y su requerimiento total de la planta de enfriamiento es menor.Controlar la calidad del aire dentro de una mina generalmente implica acondicionar el espacio para dotarlo de una mayor capacidad de enfriamiento. En las ediciones pasadas hemos hablado de las diferentes fuentes de calor y mencionamos algunos sistemas de enfriamiento. En esta parte final se explican otros sistemas y sus principales caractersticas.

Alternativas para acondicionar el aire de una mina, cada una responde a necesidades especfica

Sistemas de enfriamiento con hielo

Uno de los avances ms importantes en la tecnologa de enfriamiento de la mina es la recuperacin de la energa potencial del agua; esto ha impulsado la tendencia hacia la instalacin de plantas de refrigeracin en superficie, por su gran capacidad para disipar el calor generado por el proceso de refrigeracin. A pesar de los avances el costo del bombeo y el calor siguen siendo limitaciones a la profundidad a la cual se puede minar. El costo del bombeo impone un lmite al caudal de agua que se puede manejar a travs de las tuberas del tiro, por lo que se han buscado alternativas para conducir agua enfriada. Una de estas es aprovechar las propiedades del hielo. De hecho en las minas de la compaa East Rand Propietary en Sudfrica se instal en 1982 la primera planta y tubera para conducir hielo a nivel piloto.El caudal de agua que se transporte para enfriamiento se puede reducir hasta en cinco veces si se suministra en forma de hielo, ste se reduce seis veces cuando se proporciona en forma de hielo a -5C lo cual tiene repercusiones econmicas positivas.Para utilizar un sistema de enfriamiento con hielo se deben resolver los siguientes aspectos: la fabricacin en gran escala de hielo, su transporte al interior de la mina, la mejor manera de incorporarlo al sistema de enfriamiento de la mina y, por supuesto, su impacto econmico.

Fabricacin en gran escala de hieloPara poder transportar hielo a travs de tuberas es necesario fabricar y preparar el hielo en forma de partculas pequeas a temperaturas bajo cero o en forma de lechada de cristales de hielo en agua lquida o en una salmuera. El hielo en partculas se fabrica en forma de cubos, cilindros, tubos o escamas que se pueden comprimir en pequeas esferas para su transporte.Esat Rand Propietary tiene seis plantas de fabricacin de partculas de hielo de 1 000 toneladas por da cada una. Las plantas tienen 80 tubos de doble pared de 4.5 m de longitud. El hielo se forma en las paredes interiores y exteriores de los tubos al circular un refrigerante, amonaco en este caso, por la parte anular de los tubos durante 13.5 minutos de una etapa de congelamiento. En la etapa de recoleccin de hielo, que dura un minuto y medio, se hace circular amonaco lquido caliente por la parte anular de los tubos. Este arreglo aumenta la eficiencia de la unidad al enfriar ligeramente el refrigerante lquido antes de su regreso a los evaporadores.Una ventaja que tiene el mtodo de lechada de hielo en agua o en salmuera es que promueve la desalinizacin del agua. Todos los suministros de agua industrial contienen sales disueltas de calcio, magnesio y sodio adems de otras impurezas. Si el congelamiento se desarrolla lo suficientemente lento o si la interfase hielo/agua est siendo lavada continuamente con agua, entonces los cristales tendrn una pureza mayor que la del agua en la cual crecen.Hay tres maneras potenciales para la preparacin de lechada de hielo: el proceso indirecto, la fabricacin de hielo por vaco y el indirecto. En el proceso indirecto se hace circular agua a travs de tubos rodeados por refrigerante fro, para formar microcristales de hielo dentro de la corriente de agua en movimiento. Para evitar la formacin de hielo slido en las paredes del tubo hay que ejercer un cuidadoso control de la salinidad, flujo y temperatura.La fabricacin de hielo por vaco, comprende la evacuacin de vapor de agua de un recipiente que contiene salmuera. El punto triple del agua se alcanza a una presin de 0.6 kPa y una temperatura de 0C. (el punto triple del agua es un estado termodinmico en el cual coexisten las fases de vapor de agua, agua y hielo, siempre y cuando la temperatura y presin se conserven constantes). La lechada de hielo que se forma se mantiene en movimiento por medio de un agitador hasta que es bombeada. Se debe remover alrededor de 1 kg de vapor de agua por cada 7.5 kg de microcristales de hielo. El vapor se comprime y condensa para ser reciclado. En este proceso el agua acta como su propio fluido refrigerante.En el proceso directo, una mezcla de salmuera y un lquido refrigerante no miscible se rocan por medio de un aspersor a una cmara. La evaporacin del refrigerante enfra la mezcla, promoviendo la formacin de ncleos de cristales de hielo dentro de la salmuera. La lechada se colecta en el fondo del recipiente para ser bombeada. El vapor del refrigerante se evacua por la parte superior del recipiente para ser comprimido, condensado y reciclado.

Transportacin del hielo

La lechada de hielo puede ser bombeada por tubera a su destino, mientras que las partculas de hielo se deben transportar de la planta de fabricacin de hielo al tiro hidrulica o neumticamente. En este ltimo caso la temperatura del aire no debe estar arriba de 8C para prevenir la aglomeracin de partculas de hielo.

Las partculas de hielo viajan a travs de la tubera del tiro como un flujo diluido, en el cual las partculas estn separadas y conservan su identidad individual, o como un flujo denso; en este caso las partculas se aglomeran en paquetes separados por espacios de aire. Si la razn de hielo a aire es demasiado grande, entonces se desarrollar el flujo por extrusin, en el cual el riesgo de que la tubera se tape es muy grande.

Incorporacin del hielo al sistema de enfriamiento de la minaEl bombeo de agua de retorno de la mina se pasa a travs de una torre de enfriamiento y despus pasa por un preenfriador de agua. Este enfriamiento se puede lograr con hielo de la planta de fabricacin de hielo o alternamente, por un paquete enfriador de agua separado. El hielo en partculas baja por tubera a una pileta donde se mezcla con agua o se enva a un silo con base perforada, a veces se roca agua de la pileta de agua caliente al silo de hielo. El agua que sale por el fondo del silo es enviada a 0C a la pileta de agua fra.Se debe mantener de 1 a 2 m de hielo en el silo, esta profundidad se puede monitorear con un transductor de posicin. Las seales transmitidas pueden activar o desactivar la alimentacin de hielo al silo. La profundidad de hielo en el silo debe considerar un factor de seguridad para poder enfrentar fluctuaciones en la demanda a corto plazo. Las variaciones a largo plazo se pueden satisfacer aumentando la fabricacin de hielo o controlando el compresor en las unidades de refrigeracin.Cuando a los aspersores se les suministra lechada de hasta un 20% de hielo mejora notablemente la capacidad de los intercambiadores de calor. En la cmara

de aspersin las gotas permanecen a 20C hasta que los cristales de hielo se derriten. Se estn realizando investigaciones sobre las caractersticas de la tubera y el bombeo de lechada de hielo. Las pruebas iniciales indican que con una lechada del 40%, la cada de presin en las tuberas son aproximadamente tres veces la cada de presin con agua.

Aspectos econmicos de los sistemas de hieloLa utilizacin de sistemas de hielo en el enfriamiento en las minas tiene las siguientes ventajas: Se reduce mucho el caudal de agua en las tuberas del tiro; por lo que las tuberas pueden ser ms pequeas y tambin se reducen los costos de bombeo. En la mina se dispone de agua a 0C. Con los sistemas convencionales de agua enfriada el agua en la mina est entre 3 y 6C. Las variaciones de corto plazo en la demanda se satisfacen con el hielo almacenado en los silos. Es sencillo aumentar la capacidad de los sistemas. Es ms fcil reducir o eliminar la necesidad de turbinas usando un sistema de hielo en el interior de la mina. Se mejora la calidad del agua con la fabricacin del hielo, reduciendo la corrosin y formacin de depsitos en las tuberas.

Resumen del proceso de diseoEl primer paso para disear un sistema de refrigeracin en la mina es determinar cunto calor puede ser removido por la ventilacin y cunto debe ser removido por el sistema de refrigeracin. Primero debemos tener un sistema de ventilacin bien diseado y establecido. Es fcil entender que debemos llevar el sistema de ventilacin a su lmite.Las etapas del procedimiento de diseo de un sistema de enfriamiento de mina son: Establezca la carga de calor esperada para toda la mina y por lugares de trabajo. Para toda la mina y para cada rea, determine los flujos de aire requeridos para diluir los polvos y gases contaminantes, tomando en cuenta los lmites de velocidad del aire. En los circuitos de ventilacin se debe establecer la distribucin y las posibles fugas de aire. Determinar la cantidad de calor que puede remover la ventilacin. Determinar si es factible aumentar el caudal de ventilacin, sin exceder los lmites de velocidad establecidos por consideraciones fisiolgicas, legales y econmicas, y si con ese aumento es posible remover el exceso de calor. Determinar el calor que debe removerse por enfriamiento. Investigue las posibles ubicaciones de la planta de refrigeracin y la posibilidad de emplear dispositivos de recuperacin de energa. Establezca la capacidad de la planta de refrigeracin sumando las capacidades de los intercambiadores de calor, tomando en cuenta prdidas en la red de tubera. Determine las temperaturas del evaporador y del condensador de acuerdo a la temperatura deseada del medio de enfriamiento y dispositivos para la disposicin del calor. Determine los caudales requeridos de agua enfriada, dimetros de las tuberas y capacidades de bombeo. Determine costos de la planta de refrigeracin y equipos auxiliares incluyendo vlvulas, tuberas, bombas, intercambiadores de calor, instrumentacin y controles. Determine los costos de capital, instalacin y operacin de los sistemas de enfriamiento.

Algunos posibles desarrollos en sistemas de enfriamientoCiertos investigadores estn buscando y experimentando alternativas para acondicionar el aire. En ocasiones los sistemas normales de acondicionamiento no alcanzan a enfriar de manera apropiada o el problema es muy local, entonces se est investigando el acondicionamiento del lugar donde trabaja el obrero, en vez de enfriar todos sus alrededores o de una porcin de la mina. Este mtodo, que es un desarrollo de la era espacial, se conoce como enfriamiento de microclima y tiene una aplicacin limitada en las minas.Se puede enfriar el aire usando el vrtice tubular, que es una forma de refrigeracin neumtica local. Este sistema es pequeo y compacto y se puede usar por personas que usen un casco, chaqueta o traje protector de calor. Se puede usar tambin en espacios cerrados o talleres. Debe conectar una manguera de aire comprimido a un vrtice tubular, el cual separa el aire en una parte de aire fro y otra parte de aire caliente.

La fraccin de aire caliente se descarga directamente a la atmsfera de la mina. Las desventajas de este sistema son el costo del aire comprimido y la molestia de la manguera cuando se usa en un casco o traje, los estorbos del casco o traje y la presencia de neblina de aceite en el aire comprimido.

Conclusiones:

El acondicionamiento de aire en minas juega un papel importante en las condiciones ambientales requeridas en las labores y frentes de trabajo, pues gracias a este se puede aumentar la capacidad de enfriamiento del aire, controlando y reduciendo la temperatura y la humedad.

Un sistema de enfriamiento de aire se utilizara cuando un incremento en los flujos de ventilacin no sea suficiente para mantener condiciones ambientales adecuadas en la mina.

Un acondicionamiento de aire adecuado, proporciona un ambiente confortable para los trabajadores y permite la mejora de la productividad de los equipos.

Se debe tener un sistema de ventilacin bien diseado y establecido, como primer paso: determinar cunto calor puede ser removido por la ventilacin y por la refrigeracin.

Linkografia: http://www.forofrio.com/index.php/noticias2/208-sistemas-de-acondicionamiento-de-aire-en-minas

http://www.mundohvacr.com.mx/mundo/2010/10/sistemas-de-acondicionamiento-de-aire-en-minas-ii/

https://www.google.com.pe/?gfe_rd=cr&ei=84SgVZbnDpWK2wbQ3oEg#q=acondicionamiento+de+aire+en+minas

http://www.mundohvacr.com.mx/mundo/2010/08/sistemas-de acondicionamiento-de-aire-en-minas-i/

http://www.club.ventsimvisual.com/wpcontent/uploads/2014/01/12.1.VENTAUXILIAR.pdf

ACONDICIONAMIENTO DE AIRE EN MINAS1