VENTILACION

1. 1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍAY CIVIL
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE MINAS
TEMA: TERMODINAMICA
APLICADA A LA VENTILACION EN
GALERIAS SUBTERRANEAS
ASIGNATURA: Termodinámica Aplicada (MI-
242)
DOCENTE: Mg. Ing. Kelvis Berrocal Argumedo
Mg. Ing. Jaime Claudio Palomino
INTEGRANTES Y PARTICIPACIÓN:

2. CONTENIDO
2
 RESUMEN
 INTRODUCCION
 OBJETIVOS
 MARCO TEORICO
 Leyes de la termodinámica.
 Transferencia de calor.
 Sistemas de ventilación
 Estabilidad térmica en la minería
 Aprovechamiento de energía geotérmica
 DESARROLLO
 Control de temperatura
 Determinación del caudal de aire
 Almacenamiento de energía térmica
 Almacenamiento en masa térmica.
 Almacenamiento en fluidos calientes.
 Utilización de tecnologías geotérmicas
 CONCLUSIONES.
 BIBLIOGRAFIAS

3. RESUMEN
La termodinámica es una disciplina fundamental que
encuentra aplicaciones vitales en galerías subterráneas, como
minas y túneles de transporte. Este campo de estudio se
enfoca en el análisis y control de los procesos de
transferencia de calor y energía, así como en la gestión de la
temperatura y la ventilación en estos entornos únicos.
El control de la temperatura en galerías subterráneas es
esencial para garantizar condiciones seguras y confortables
para el personal y el óptimo funcionamiento de maquinaria.
La termodinámica se aplica para calcular la carga térmica
total y diseñar sistemas de enfriamiento o calefacción
adecuados.
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4. INTRODUCCION
La termodinámica, una rama fundamental de la física, encuentra
aplicaciones cruciales en diversos campos de la ingeniería y ciencias
ambientales. En el contexto de galerías subterráneas, como minas,
túneles de transporte o infraestructuras subterráneas, la termodinámica
despliega su relevancia al abordar los complejos procesos de
transferencia de calor y energía que ocurren en estos entornos
subterráneos.
Las galerías subterráneas se caracterizan por ser ambientes aislados y
sometidos a condiciones térmicas únicas. En su interior, se generan y
acumulan diversas fuentes de calor, como la actividad humana,
maquinaria en funcionamiento e iluminación, lo que influye
significativamente en la temperatura ambiente. Además, la interacción
con el suelo circundante y la presencia de flujos geotérmicos pueden
hacer que la estabilidad térmica varíe con la profundidad.
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5. OBJETIVOS
 Comprender los principios termodinámicos: El objetivo principal
es adquirir un conocimiento sólido de los principios fundamentales
de la termodinámica, incluyendo conceptos como transferencia de
calor, ciclos termodinámicos, entropía y equilibrio térmico. Esto
permitirá comprender cómo se aplican estos principios en el
contexto de galerías subterráneas.
 Analizar la transferencia de calor en galerías subterráneas:
Estudiar cómo se genera, distribuye y disipa el calor en galerías
subterráneas debido a diversas fuentes, como la actividad humana,
la maquinaria y el gradiente geotérmico. El objetivo es
comprender cómo estas fuentes de calor afectan la temperatura del
ambiente subterráneo y cómo se pueden controlar para mantener
condiciones adecuadas.
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6. Diseñar sistemas de ventilación eficientes: El objetivo
es aprender cómo aplicar los principios
termodinámicos para diseñar sistemas de ventilación
efectivos que garanticen una adecuada circulación de
aire, mantengan una calidad del aire óptima y ayuden
a controlar la temperatura en galerías subterráneas.
Gestionar la estabilidad térmica en la minería:
Enfocarse en cómo la termodinámica permite abordar
los desafíos de estabilidad térmica en actividades
mineras, especialmente en minas profundas, y cómo
implementar sistemas de refrigeración y ventilación
adecuados para proteger la salud y seguridad de los
trabajadores
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7. LA TERMODINÁMICA
• El termino termodinámica proviene de las palabras griegas therme
(calor) y dynamis (fuerza).
• Es una rama de la física que describe y relaciona las propiedades físicas
de la materia, de los sistemas macroscópicos, así como sus
intercambios energéticos.
• En todo proceso, tanto físico como químico se ponen en juego una serie
de energías, la ciencia que estudia estas energías, en sus distintas
manifestaciones, es la termodinámica.
El diseño de muchos
sistemas de ingeniería,
como este sistema solar
para calentar agua, tiene
que ver con la
termodinámica.
MARCO TEORICO

8.  LEYES DE LA TERMODINÁMICA:
 Primera ley de la termodinámica.
También conocida como el principio de conservación de la energía, establece
que la energía no puede ser creada ni destruida, solo transformada de una
forma a otra. Aplicada a galerías subterráneas, esta ley es relevante para el
análisis del balance energético y la transferencia de calor en el ambiente
subterráneo.
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9.  Conducción térmica.
Se refiere a la transferencia de calor a través de un material
sólido, donde la energía se transmite por el movimiento de las
partículas. En galerías subterráneas, la conducción térmica es
relevante para analizar cómo el calor se propaga a través de
las rocas y estructuras
 Convección térmica.
Se produce cuando el calor se transfiere mediante el
movimiento de un fluido, como el aire. La convección térmica
es esencial para comprender cómo la circulación del aire
influye en la distribución de temperatura y la eliminación de
gases y contaminantes.
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TRANSFERENCIA DE CALOR

10. SISTEMAS DE VENTILACIÓN
 Flujo de aire y caudal.
La termodinámica se aplica para analizar la circulación del aire
en galerías subterráneas y calcular el caudal necesario para
mantener una ventilación adecuada.
 Control de contaminantes
La termodinámica permite modelar la dispersión de gases y
partículas en el ambiente subterráneo y evaluar la eficacia de
los sistemas de ventilación en la eliminación de contaminantes.
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11. ESTABILIDAD TÉRMICA EN LA MINERÍA
 Gradiente geotérmico.
La termodinámica se utiliza para analizar cómo varía la
temperatura con la profundidad y cómo el gradiente geotérmico
afecta la estabilidad térmica en actividades mineras.
 Sistemas de refrigeración.
La termodinámica es crucial para diseñar sistemas de
refrigeración adecuados que mitiguen el calor generado por la
actividad minera y protejan la salud de los trabajadores.
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12. DEFINICIÓN DE VENTILACIÓN
DE MINAS
Se puede definir como el trabajo realizado para
lograr el acondicionamiento del aire que circula
a través de las labores subterráneas. Siendo su
objetivo principal el proporcionar un ambiente
seguro, saludable y cómodo para los mineros.
Diluir los contaminantes a concentraciones
seguras.
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13. CONCEPTOS PARA EL DISEÑO DE
UN SISTEMA DE VENTILACIÓN
Aire de mina.
Gases presentes en las minas.
 Polvo en las minas.
Condiciones termo-ambientales.
Psicrometría.
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14. RAZONES PRINCIPALES PARA
VENTILACIÓN
Oxígeno para la respiración.
Diluye y remueve el polvo.
Diluye y remueve gases nocivos.
Reduce temperaturas.
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15. LEYES Y CONSIDERACIONES
ELEMENTALES PARA EL FLUJO DE
AIRE
 Para que el aire fluya de un punto a otro, debe de haber una diferencia
de presión entre los dos puntos (ingreso y salida de conductos de aire).
 El aire siempre fluirá del lugar donde hay alta presión hacia la baja
presión, continuando este flujo tanto como la diferencia de presión sea
mantenida.
 Cuanto más grande sea la diferencia de presión entre estos dos puntos,
más grande es la cantidad de flujo de aire.
 Cuando la resistencia entre los dos puntos es incrementada, la cantidad
de flujo de aire decrece.
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16. CAÍDA DE PRESIÓN DELAIRE Y LA
ECUACIÓN DE VENTILACIÓN
Investigaciones por los años 1800, reconocieron que la presión es
incrementada cuando la cantidad de flujo también se incrementa, es decir;
la presión es proporcional a la cantidad flujo de aire.
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17. MARCO NORMATIVO
NACIONAL
Ley general de Salud.- “Cap. VII sobre Higiene
y Seguridad en los ambientes de
trabajo(Art.100°) .
Ley general de Salud.- “Cap. VII sobre Higiene
y Seguridad en los ambientes de
trabajo(Art.101°) .
Reglamentos en la ventilación (Artículo 246).
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18. APROVECHAMIENTO DE ENERGÍA GEOTÉRMICA
 Ciclos termodinámicos.
Se utilizan principios termodinámicos, como
el ciclo de Rankine, para diseñar sistemas
geotérmicos eficientes que generan energía
eléctrica o proporcionan calefacción.
 Distribución de calor.
La termodinámica se aplica para comprender
cómo distribuir el calor geotérmico de manera
uniforme en un edificio o infraestructura
subterránea.
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19. DESARROLLO
 Control de temperatura.
En galerías subterráneas, especialmente en minas profundas o túneles
de transporte, el control de la temperatura es esencial para garantizar
la seguridad y el bienestar de las personas que trabajan o transitan en
esos espacios.
 Calor metabólico.
Las actividades humanas, como la respiración y el trabajo físico,
generan calor que contribuye al aumento de la temperatura en la
galería.
Calor de equipos y maquinaria: La operación de equipos eléctricos,
vehículos, maquinaria de perforación y otras herramientas en la
galería también produce calor.
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20. DISEÑO DE SISTEMAS DE VENTILACIÓN
La termodinámica es
fundamental para el diseño de
sistemas de ventilación efectivos
en galerías subterráneas. La
ventilación adecuada asegura la
renovación del aire y la
eliminación de gases nocivos,
polvo y vapores que puedan
acumularse en el ambiente
subterráneo.
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21. LIMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE LOS GASES MAS
FRECUENTES EN LAS MINAS PERUANAS.
GAS EN PPM. (%)
O2 - 19,5%, mínimo
CO 25 0,0025%
NOx 5 0,0005%
CO2 5 000 0,5%
SO2 5 0,0005%
H2S 10 0,001%
CH4 5 000 0,5%
H2 5 000 0,5%
Aldehidos 5 0,0005%
Fuente: Art. 86°.- Reglamento de Segundad e Higiene Minera (MEM).
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22. Art. 204.- se dotará de aire limpio a las labores de trabajo de acuerdo a las
necesidades del personal, las maquinas y para evacuar los gases, humos y
polvos suspendidos que pudieran afectar la salud del trabajador.
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0.000
1,500
3,000
4,000
4,500
m.s.n.m. REQUIERE
PERSONA
REQUIERE
EQUIPO DIESEL
(m³/min) (m³/HP)
3m³/min+100% = 6.0m³/min-Hombre
3m³/min+ 70% = 5.1m³/min-Hombre
3m³/min+ 40% = 4.2m³/min-Hombre
3m³/min
3m³/min-hp
3m³/min-hp
3m³/min-hp
DENSIDAD
(Kgr/m³)
0.75
1.20
PRESION
(KPa)
58
103 3m³/min-hp

23. TIPOS DE VENTILACIÓN
A. VENTILACIÓN NATURAL
Es el flujo natural de aire fresco al interior de una labor sin necesidad de
equipos de ventilación. En una galería horizontal o en labores de desarrollo
en un plano horizontal no se produce movimiento de aire. En minas
profundas, la dirección y el movimiento del flujo de aire, se produce debido
a las siguientes causas: diferencias de presiones, entre la entrada y salida.
Diferencia de temperaturas durante las estaciones.

24. B. VENTILACIÓN MECÁNICA
Es ocasionada por la presión que ejerce un ventilador sobre el aire que
contiene las galerías subterráneas y el cual es accionado por un motor
eléctrico o compresora que le permite una constante presión sobre el aire que
transporta las mangas de ventilación.

25. CLASIFICACIÓN DE LOS VENTILADORES
A. VENTILADORES CENTRÍFUGOS
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.

26. B. VENTILADORES AXIALES
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 mas alto flujo de aire, su
eficiencia esta entre 70% y 80% y son capaces de trabajar a
las velocidades mas altas, presentan una gama fuerte de
inflexión e inestabilidad, producen los niveles mas altos de
ruidos, son mas versátiles y son mas baratos.

27. SOFWARE VENTSIM
 Ventsim Visual busca hacer del diseño y simulación de una red de ventilación
minera un proceso abordable por cualquier ingeniero en minas o funcionario de
ventilación, incluso para personas sin vasta experiencia en el área.
 Herramientas del software ventsim visual 3
El software Ventsim visual proporciona al usuario las
herramientas para:
 Simula y entrega un registro de caudales existentes en la mina.
 Ejecuta simulaciones para el desarrollo de nuevos proyectos.
 Ayuda a planificar los requerimientos de ventilación en el corto y largo plazo.
 Simula escenarios posibles de ventilación.
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28. 28
k

29. ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA TÉRMICA
Las galerías subterráneas pueden utilizarse para el
almacenamiento de energía térmica en situaciones donde es
necesario almacenar calor o frío durante ciertos períodos para su
uso posterior.
Hay diferentes enfoques para el almacenamiento de energía
térmica en minería, y algunos de los métodos más comunes son
los siguientes:
 Almacenamiento en masa térmica.
 Almacenamiento en fluidos calientes.
 Utilización de tecnologías geotérmicas
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30. ALMACENAMIENTO EN MASA
TÉRMICA
Este método implica el uso de materiales con alta
capacidad térmica específica, como rocas o sales
fundidas, para almacenar el calor generado en la
mina. Durante los períodos de alta producción de
calor, estos materiales absorben el exceso de
energía y luego lo liberan gradualmente cuando se
necesita, como durante las horas de menor
actividad o en temporadas frías.
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31. ALMACENAMIENTO EN FLUIDOS
CALIENTES
Almacenamiento en fluidos calientes: Otra opción consiste en
almacenar el calor en forma de agua caliente u otros fluidos
térmicos. Se puede utilizar un tanque o una cisterna para
almacenar el fluido caliente generado por la minería durante
los períodos de alta producción de calor. Posteriormente, este
fluido caliente puede utilizarse para calentar espacios o
procesos en la mina cuando sea necesario.
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32. UTILIZACIÓN DE TECNOLOGÍAS
GEOTÉRMICAS
Algunas minas pueden aprovechar el calor geotérmico
natural presente en el subsuelo. Se utilizan sistemas
geotérmicos para extraer el calor del subsuelo y
utilizarlo para calentar espacios o procesos en la mina
o generar la energía suficiente para usarla en métodos
de ventilación mediante el uso de turbinas. También es
posible almacenar el calor geotérmico sobrante para su
uso futuro.
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33. CONCLUSIONES
 La termodinámica demuestra ser una herramienta esencial
para comprender y manejar los procesos de transferencia de
calor y energía en galerías subterráneas. Su aplicación en el
diseño de sistemas de ventilación, el control de la
temperatura y la gestión de la estabilidad térmica en la
minería, entre otros aspectos, mejora significativamente la
eficiencia y seguridad de estos entornos subterráneos.
 La aplicación adecuada de la termodinámica en galerías
subterráneas permite optimizar el ambiente interior,
proporcionando condiciones de trabajo seguras y
confortables para el personal, así como garantizando la
calidad del aire y minimizando los riesgos asociados con la
temperatura y los gases acumulados.
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34. La termodinámica facilita el aprovechamiento de recursos
energéticos presentes en galerías subterráneas. La
utilización de fuentes geotérmicas para generar energía o
proporcionar calefacción, así como el almacenamiento de
energía térmica, representan soluciones sostenibles y
eficientes para las necesidades energéticas subterráneas.
La termodinámica facilita el aprovechamiento de recursos
energéticos presentes en galerías subterráneas. La
utilización de fuentes geotérmicas para generar energía o
proporcionar calefacción, así como el almacenamiento de
energía térmica, representan soluciones sostenibles y
eficientes para las necesidades energéticas subterráneas.
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35. BIBLIOGRAFIAS
 Entorno térmico y estrés por calor en minas subterráneas profundas."
 Kecojevic, V., Komljenovic, D. Publicado en: Ingeniería Minera, 2007.
 https://www.onepetro.org/conference-paper/SME-2007-04
 "Ventilación y enfriamiento en minas subterráneas." Mutmansky, J.M., Ramani, R.V.
Publicado en: Manual de Ingeniería Minera, 2011.
 https://www.smenet.org/docs/default-source/hardrock-miners-handbook-by-jack-de-
la-vergne/Hard-Rock-Miners-Handbook-Volume-3---Mine-Ventilation.pdf
 "Análisis térmico de un sistema de almacenamiento subterráneo de bombeo
hidroeléctrico." Ibrahim, H., Zhang, L., Zeng, H. Publicado en: Energías, 2019.
 https://www.mdpi.com/1996-1073/12/18/3512
 "Utilización de energía geotérmica en minas subterráneas." Onderka, N., Blahoskova,
K., Rejl, F., Sucharda, O. Publicado en: Energías, 2015.
 https://www.mdpi.com/1996-1073/8/8/8309
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36. GRACIAS
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