Ventilación subterránea: Aire en lo profundo

Gentileza Codelco
Gentileza Codelco

Una detallada normativa acompaña los requerimientos que la industria debe cumplir para una adecuada ventilación de los túneles mineros.

La tecnología apunta a hacer más eficiente el consumo energético de los equipos y a disminuir las pérdidas.

A futuro, la industria tendrá que desarrollar proyectos de ventilación más grandes conforme aumenta el tamaño de los desarrollos mineros bajo tierra.

Fabiola García S.
Periodista Construcción Minera & Energía

La normativa es clara. Un ambiente de minería subterránea debe estar bien ventilado, sobre todo después de las tronaduras. Aquí el Sernageomin es el principal precursor de estas obligaciones. Las disposiciones están en el Decreto Supremo Nº 132.

Toda mina subterránea deberá disponer de circuitos de ventilación, natural o forzado, para mantener un suministro permanente de aire fresco y retorno del aire viciado.

Asimismo, el caudal de aire que circule por la mina se regula en consideración del número de trabajadores, la extensión de las labores, el tipo de maquinaria de combustión interna, las emanaciones naturales de las minas y las secciones de las galerías.

Los objetivos son suministrar el oxígeno para la respiración de las personas, proporcionar el volumen de aire para los equipos diesel e instalaciones subterráneas, evitar la formación de mezclas explosivas, además de diluir, extraer los gases tóxicos junto con el polvo en suspensión y reducir la temperatura.

En concreto, se exige que en todos los lugares de la mina donde acceda personal, el ambiente se encuentre con una calidad de aire adecuada, de ahí la necesidad de que se ventile por medio de una corriente de aire fresco, de no menos de tres metros cúbicos por minuto por persona, en cualquier sitio del interior de la mina.

Las velocidades, como promedio, no pueden ser mayores de 150 metros por minuto, ni inferiores a 15 metros por minuto. Del mismo modo, no se permite la ejecución de trabajos en el interior de las minas subterráneas cuya concentración de oxígeno en el aire, en cuanto a peso, sea inferior a 19,5% y concentraciones de gases nocivos (y polvo) superiores a los valores máximos permisibles determinados por la legislación.

Con estos antecedentes, la industria ofrece sistemas de ventilación que se adaptan a las necesidades de cada proyecto. Tanto para la ventilación principal como para la secundaria, existen equipos y ductos que se encargan de mantener con aire fresco la mina. A continuación un vistazo a algunos de los sistemas de ventilación disponibles en el mercado.

Ductos rápidos
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De acuerdo con Robinson Jara, jefe del departamento técnico y operaciones de IVS, existen ductos impelentes y aspirantes. Los impelentes son lisos, para introducir aire y los aspirantes van recubiertos con alambre trefilado y permiten extraer aire. Jara explica que los mandantes tienen sus expertos en ventilación que hacen sus proyectos, tras ser aprobados por el Sernageomin.
IVS fabrica mangas de poliéster recubiertas de PVC de peso liviano para dar solución a esta necesidad. Al fabricarse en Chile, comenta Jara, tienen un tiempo de entrega muy bajo (en el mismo día), un aspecto útil para la faena.

Los ductos impelentes pueden ser de tela normal o reforzada, mientras que los ductos aspirantes se utilizan más en los quiebres o cambios de dirección de un túnel, para poder dar la forma de la línea de inyección del aire. El diámetro va desde los 200 mm hasta 3.000 mm, en largos de 5 a 25 metros. En tanto, las uniones son efectuadas por soldadura electrónica de alta frecuencia, para asegurar el sellado. Para el sistema de unión se utiliza el acople rápido consistente en la unión de dos cables flexibles de acero a través de hojetillos por intermedio de cuerdas de polipropileno según norma ASTM D-626-55T. Asimismo este material cumple con la norma NEPA TEST -1 2004 de retardo de la llama.

Para la sujeción se utiliza en todos los ductos una solapa perforada con hojetillos a lo largo del tramo del tubo, de modo que se asegura una distribución uniforme del peso y una fácil instalación. Los ganchos utilizados son metálicos, ofreciendo un soporte de 57,3 kg. Según el diámetro y tipo cambia la cantidad utilizada por tramo. También se encuentra disponible un sistema de reparación en terreno.

Se usan bastante los accesorios para hacer las bifurcaciones, ya sean tipo Y, tipo T, los codos y las reducciones (para cambiar el diámetro las mangas).

La tecnología apunta a tener una ventilación más eficiente, detalla Jara. La idea es que el coeficiente de fricción sea cada vez más bajo, para que no haya tantas pérdidas, explica. En este sentido, se apunta hacia una mejor unión entre los ductos. “Hoy se está utilizando el velcro, los cierres o cremalleras, que tienen menos pérdidas que las uniones tradicionales de anillo”, señala. Así, se optimiza la energía del ventilador y llega más caudal a la frente o a la labor. Para Jara, actualmente se toma muy en cuenta el coeficiente de fricción para determinar qué ducto de ventilación se va a usar.

Grandes desarrollos
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Según Germán Castro, Product Manager Material Handling and Infrastructure división minería subterránea de Atlas Copco Chilena, tanto ventiladores axiales secundarios como  principales son demandados por el mandante minero. Ambos cuentan con variadores de frecuencia, de  modo de controlar flujos y presiones sumadas al ahorro de energía.
De acuerdo con el experto, cada situación es distinta y se debe analizar como un nuevo proyecto. “Cada vez que avanzamos a lo largo de un túnel o galería las condiciones van variando tales como secciones, pendientes, irregularidades del entorno, etcétera, sumado también al uso de equipos diésel y del personal que allí labore.”, explica Castro.

A futuro la tecnología está apuntando al suministro y generación de ventilación on demand, afirma Castro. Esto quiere decir producir solo lo que se necesita con el objetivo de bajar los costos de energía, comenta.

Para elegir qué sistema de ventilación es el más adecuado, la recomendación tiene que ver con fijarse en la eficiencia energética del equipo, la incorporación de tecnologías como la tele operación, junto con el uso de ventilación según demanda y en condiciones extremas.

Castro indica que la tendencia de la industria minera ha llevado al uso de equipos de mayor envergadura, ya que los desarrollos mineros de mayor tamaño han dado como resultado el desarrollo de túneles con secciones más grandes. En estos casos la demanda del volumen de aire es mayor, porque se deben mantener las velocidades de flujo mínimas requeridas para una buena renovación del aire ya contaminado.

Su promotor destaca los ventiladores de alta presión Serpent, diseñados especialmente para suministrar aire a través de conductos de gran longitud en minería y excavación de túneles. Los ventiladores Serpent están disponibles con silenciadores estándar o súper silenciadores y sistema de funcionamiento eléctrico.

Tienen carcasas de acero robustas, completamente soldadas, y sus paletas están equilibradas estática y dinámicamente. Para un rendimiento óptimo que ahorra energético, los ventiladores pueden equiparse con un interruptor de control de frecuencia. Asimismo, están disponibles en nueve tamaños diferentes y varias combinaciones de sistemas.

Balances energéticos
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Sabdiel Mella, gerente técnico de SAME, antepone el diseño del requerimiento de ventilación a los equipos en sí. Vale decir, más allá de los ventiladores, para la respuesta de una adecuada ventilación se debe priorizar el control de emisiones de contaminantes al interior de los túneles.
El problema estaría en que la tendencia es mezclar aire limpio con aire contaminado, por lo que se terminan por dimensionar equipos más grandes, lo que genera una mayor inversión y gasto energético. “El ‘aire falso’ encarece las soluciones”, postula Mella. Esto por dos razones fundamentales:

1. Desde el punto de vista de la ventilación general, los caudales necesarios deben incrementarse para diluir los contaminantes.

2. Desde la perspectiva del “control de contaminante”, el tema no es diferente dado que en la actualidad estos se dimensionan con un exceso de caudal de aire por el “Método de Cálculo Imperante” (Industrial Ventilation – ACGIH). Este método solo considera los efectos y no las causas del movimiento de aire (“el aire se mueve desde un frente de alta energía potencial a uno de baja energía”).

Al incorporar estas variables, se generan soluciones energéticas estables. “Cuando se proponen soluciones desde la perspectiva energética, se está a favor de la naturaleza, no se es un adversario”, señala Mella. “Lo que se hace es acentuar los movimientos naturales para poder acelerar los procesos”, agrega. Así, se evitaría ir en contra de los movimientos de aire naturales.

Por el contrario, con el método de cálculo actual se tienen soluciones forzadas para trasladar el aire de un lugar a otro, sin considerar los movimientos naturales, apunta.

“Está todo en la física. La energía se puede transformar en lo que beneficie, pero si se desprecia se pierde. Por lo tanto, los sistemas que aprovechan la energía disponible en las emisiones consumen menos que las soluciones que la desestiman. Con estas soluciones se logran ahorros de 40% mínimo hasta más de 60%”, concluye Mella.

Ventilación inteligente
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Pedro Honorato, jefe de operaciones de ACH, destaca los sistemas de ventilación bajo demanda y la ventilación inteligente. El primero se trataría de un sistema completo con sensores en todos lados, que requiere de mantención regular, enfocado en la gran minería. Mientras que el segundo, es un instrumento orientado a la pequeña y mediana minería, que en ciertos lugares mide gases.
Uno de los elementos más relevantes a la hora de planificar un proyecto de ventilación es el consumo eléctrico. Para ello se hace referencia a cuánto van a consumir los ventiladores según la duración del proyecto. Hoy la minería está buscando bajar costos y la ventilación inteligente resulta una propuesta atractiva, afirma Honorato. “Un sistema de ventilación implica mucha demanda energética y la energía está cada vez más cara”, grafica. Esto tiene relación con el número de vehículos con los cuáles está hecho el cálculo para la ventilación. Y es que, según explica, si bien se debe considerar el 100% de los vehículos que ingresan a la mina, no siempre toda la flota está operativa. Esto quiere decir que si hay vehículos detenidos, los ventiladores pueden estar inyectado o extrayendo aire de modo sobredimensionado. Por esto mismo, la ventilación bajo demanda y la ventilación inteligente proporcionan el aire necesario según el contexto operacional. Así el funcionamiento de los sistemas de ventilación varía de acuerdo a las necesidades sin incurrir un mayor consumo. Este método cumple con el D.S.132, afirma Honorato.

Asimismo, tener mucha ventilación también es complicado, porque se levanta polvo y el polvo es perjudicial para las personas, explica. “Nosotros hicimos hace un año que venimos trabajando con unos instrumentos de Inglaterra que miden gases dentro de un proyecto minero. Si por ejemplo, los parámetros de gases están lejos de lo que la norma indica como un máximo, se puede bajar el nivel de ventilación, para no tenerlo al máximo. Esto se traduce finalmente en importantes ahorros energéticos y se economiza una gran cantidad de dinero”, comenta.

Chuquicamata Subterránea
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El sistema de ventilación bajo demanda va a ser implementado en Chuquicamata subterránea, donde se están considerando cuatro ventiladores por pique.
Este proyecto tiene el pique de ventilación más profundo que se ha construido a la fecha en Sudamérica. Sus dimensiones alcanzan los 918 metros de profundidad y once metros de diámetro. En tanto, la configuración completa de galerías de ventilación en Chuquicamata Subterránea abarca 2,9 km de piques, 19,7 km de galerías y 3,7 km de chimeneas.
Estos ventiladores serán de flujo mixto y fueron diseñados específicamente para el proyecto, con la ventaja de que llegarán a un 93% de eficiencia energética.

Los avances en esta línea han mejorado el rendimiento de los sistemas de ventilación desde un 80% que anteriormente, lograban hasta superar el 90%, como sería en la actualidad.

Otra gracia que tienen estos ventiladores, es que no sufrirían daños. Si un camión para frente del equipo y lo tapa, los ventiladores –que usualmente se rompen cuando ocurre esto–  tienen un dámper que regula el caudal y la presión para que el ventilador no se rompa. Asimismo, estos equipos se diseñaron para manejar un caudal de entre 1.000.000 – 1.500.000 CFM (pies cúbicos por minuto).

Autor entrada: cmineracdt