ventilacione de minas

1. AIRE DE MINA Y SUS
COMPONENTES PRINCIPALES
Ecuación de Continuidad
Leyes Básicas para el Aire
Asignatura: Ventilación de Minas
Docente: Aníbal Meza Castañeda

2. Introducción
• Es relevante que conozca el aire de mina y su comportamiento en
interior mina que está en base a los principios de dinámica de fluidos.
• El estudiante aprende que la corriente de aire fluye por la diferencia
de presiones y de temperaturas a lo largo de su recorrido.
• Aplica las diferentes Leyes, ecuaciones y factores necesarios en los
flujos de aire en interior mina.

3. AIRE DE MINA
• Una mezcla de gases y vapores generalmente con polvo en suspensión
que ocupa el espacio creado por las labores subterráneas. Se trata de
aire atmosférico, que al ingresar a la mina sufre una serie de
alteraciones en su composición.
• El aire puede ser considerado como atmosférico si las alteraciones son
muy pequeñas, nos referimos a el como aire fresco o de ingreso.

4. Aire contaminado: descrito como aire viciado o de retorno.
• Durante el invierno , cuando el aire en el exterior de la mina es
relativamente seco, observará además la humedad de la atmósfera
de la mina. Durante el verano, el proceso se invierte, razón por la
cual la mayoría de las minas tienden a secarse durante el invierno y
volverse húmedas durante el verano.
• La cantidad de oxígeno consumido por los seres humanos depende
del ritmo al que trabajan.

5. Grado de actividad Respiraciones/min
uto
Aire inhalado por
resp. (lt)
Aire inhalado por
min. (lt)
Oxígeno consumido
por min (lt)
En reposo 16 0.50 8.00 0.33
Actividad
moderada
30 1.60 48.00 1.98
Actividad intensa 40 2.50 100.00 3.96
• El aire seco inhalado contiene normalmente 20.95% de oxígeno, el aire
exhalado contiene aproximadamente 16% de oxígeno y 4% de CO2 y
vapor de agua.
• En la composición del aire como factor importante es el caudal por
unidad de tiempo que fluye a través de la mina. En condiciones normales,
el caudal se especifica de tal modo que los gases contaminantes no
alcancen concentraciones que puedan ser peligrosas para el ser humano.

6. OXÍGENO (O2)
Características: es un gas incoloro, inodoro e insípido de p.e. = 1.91, que se necesita para la:
respiración y la combustión.
El aire al ingresar a los pulmones proporciona el oxígeno que es absorbido por los
glóbulos rojos, siendo llevado este combustible a las diferentes partes del cuerpo
mediante la sangre, reaccionando con las sustancias grasas y produciéndose la
combustión y el calor en forma de energía que mantiene la temperatura del cuerpo y
con ello la vida misma; como consecuencia de esta combustión genera el anhídrido
carbónico que es eliminado del circuito por la exhalación.
Causas Principales de la disminución del O2 en el aire de interior mina son:
• Procesos de oxidación lenta de materias: madera, combustibles, rocas.
• Combinación con gases de las rocas, carbones, incendios, respiración, combustión,
polvos de minerales, etc.

7. 21 a 18% Normal
18 a 12% Aumenta el ritmo y profundidad de la respiración, mareos leves, dolor
de cabeza, sueño, desvanecimiento.
12 a 10% Lo anterior, dolor de cabeza, vómitos, cianosis (color azulado de la piel
debido a trastornos circulatorios)
10 a 5% Lo anterior, excitación intensa, coma, síncope (pérdida total del
conocimiento)
5 a 3% Muerte rápida
La atmósfera con insuficiencia de oxígeno pueden provocar una incapacidad para
moverse y una falta de preocupación semiconsciente al riesgo de la muerte.
En casos de deficiencia de O2, se debe retirar inmediatamente al trabajador del
ambiente y llevarlo a un ambiente ventilado, proveerle O2, abrigarlo.

8. • Mínimo 19.5%.
• En ambientes con 16% de O2 o menos, se apaga el fósforo o la lámpara de seguridad.
• En ambientes de 12% de O2 se apaga la vela y la lámpara de carburo.
Nitrógeno (N2)
Características
• Gas sin color, sabor ni olor de p.e. 0.97, químicamente inerte.
• No es nocivo, pero el aumento de su contenido en el aire de minas es perjudicial para el
trabajador, ya que causa disminución del oxígeno
Causas principales del aumento del contenido de nitrógeno en el aire de minas son:
• Putrefacción de sustancias orgánicas.
• Desprendimiento de nitrógeno por las rocas y los carbonos (grisú contiene total 40%
nitrógeno)

9. Hidrógeno (H)
Características: un gas sin olor ni sabor, su densidad respecto a la del
aire es 0.07.
• Abunda en el agua ( dos volúmenes por uno de O2) y se halla
presente, al estado de combinación, en muchos minerales y en todos
los cuerpos orgánicos (Ejm. constituye el 10% del cuerpo humano).

10. • En ventilación de minas, esta ecuación representa la Ley de conservación de las masas del fluido
que circula por el ducto.
Q1 = A1.V1.ϒ1
Q2 = A2.V2.ϒ2
Q = A.V
• En ventilación las variaciones de presión que sufre el aire raras veces superan las 0.1 atmósferas ó
1.47 lb/pulg2 y que el p.e. de un gas directamente proporcional a la presión, se deduce que la
variación puede ser despreciable.
Donde:
Q= caudal de aire
A= Sección media
V= Velocidad media del flujo
ϒ= peso específico del flujo

11. el aire de mina se encuentra en movimiento (rara vez
en reposo) y su comportamiento se rige por Principios de dinámica de
fluidos.
• La corriente de aire fluye por la diferencia de presiones y de
temperaturas a lo largo de su recorrido; si estas diferencias son
constantes, la corriente de aire también permanecerá constante.

12. Leyes (leyes que rigen para los gases):
A constante T°, los pesos específicos del gas (δ) varían en razón
directa de las presiones absolutas (P) y en razón inversa de los
volúmenes (V).
δ 1/ δ2=P1/P2=V2/V1
ó
P1V1=P2/V2=constante

13. A presión absoluta constante:
La relación del volumen a temperatura absoluta es constante e inversa
a los pesos específicos del gas.
V 1 /V 2=T 1 /T2= δ2/ δ 1
A Volumen constante:
P1 /P2=T1/T2= δ1/ δ 2
Con el aumento o disminución de temperatura de 1°C desde 0°C, el
volumen del gas aumenta o disminuye en 1/273 de su volumen.
V2= V1(1+ T/273)= V1(1+ 0.00366T)

14. 3.- Ley Universal o Constante de los Gases Perfectos
P1V1/T1=P2V2/T2=R que puede expresarse de la siguiente forma:
PV=RT R=PV/T
El p.e. del aire es: δ =1/V=P/RT; kg/m3
Donde:
R=constante de los gases perfectos
Aire seco= 29.27
Vapor de agua=42.10
En labores subterráneas, a mayor profundidad la presión y la temperatura
aumentan, su acción, según la formula anterior se compensan y el p.e. de
aire no varia (es despreciable)

15. 4.- Ley de Dalton
La presión total de una mezcla de gases y de vapores es igual a la suma de
las presiones parciales que tendrá cada gas por separado, estando solo.
P= P1
Humedad del aire: el aire siempre tiene cierta cantidad de agua. Según la
Ley de Dalton tenemos:
P1 = pa + pv, donde: Pa=presión parcial del aire seco; Pv=presión parcial del
vapor
donde:
δ = peso específico del aire; P= presión absoluta; V= volumen específico;
m3/min; T= temperatura absoluta; °K; sub índices 1 y 2= primera y segunda
posición.

16. • Para Gases Ideales
La ecuación de Bernoulli representa el Principio de la Conservación de la Energía.
La suma algebraica de la Presión Estática(PE) y Presión Dinámica(PD) que actúan simultáneamente
en un punto del ducto, se denomina Presión Total(PT).
PT= PE + PD, donde:
PE= Presión estática, presión friccional o presión de resistencia, es la fuerza utilizada para vencer al
flujo de aire. Actúa en todas las direcciones.
PD= Presión dinámica o de velocidad, es la fuerza que se requiere para acelerar el flujo de aire
desde el reposo hasta una velocidad determinada. Actúa en dirección del flujo.
Hn= Tiro natural producido por la diferencia de presiones entre dos puntos del ducto,
especialmente en las labores inclinadas y verticales.
Hc= Diferencia de presiones dinámicas en la entrada y salida de la mina.

17. • Para Gases Reales
En ventilación de minas el aire que se mueve por la mina o por un conducto
de aire vence una serie de resistencias H debido a su roce contra las paredes
de las labores, al roce mutuo de sus partículas, al cambio de la dirección de
la corriente, la velocidad del movimiento del aire.
Ecuación de Bernoulli aplicada a gases reales se escribe:
H= Hv ± Hn ± Hc , donde:
Hv= compresión o depresión producida por un ventilador = P1 – P2
Hn= Tiro natural producido por la diferencia de presiones entre dos puntos
del ducto, especialmente en las labores inclinadas y verticales.
Hc= Diferencia de presiones dinámicas en la entrada y salida de la mina.

18. 6.- Deducciones de las Leyes Expuestas y de la Ecuación de Bernoulli
1. A T° constante, el volumen de aire varía en razón inversa a las presiones y densidades.
2. A Presión absoluta constante, la densidad del aire varía en razón inversa a los volúmenes y temperaturas.
3. La constante de los gases perfectos es una relación de presión, volumen y temperatura.
4. Con el aumento de la profundidad, la presión y la temperatura aumentan; el peso específico del aire no varía
demasiado.
5. La presión de una mezcla de gases y de vapores es igual a la suma de las presiones parciales.
6. El aire siempre tiene una cierta cantidad de agua.
7. El aire siempre se mueve en la dirección de menor presión.
8. En la ventilación impelente, la compresión producida por el ventilador disminuye durante el movimiento del
aire.
9. En la ventilación aspirante, la depresión de la corriente de aire aumenta al acercarse al ventilador.
10. La presión creada por el ventilador y el tiro natural, disminuyen al vencer las resistencias al movimiento del
aire.
11. Todo aumento de la velocidad del aire provoca la disminución de la presión del aire y viceversa.

19. a.- Características
El movimiento del aire en interior mina puede conseguirse en forma natural (diferencia de temperaturas y/o
presiones existentes entre 2 puntos) y en forma forzada (ventiladores neumáticos o eléctricos y sus
accesorios).
Reynolds demuestra que la naturaleza de los fluidos depende de diferentes factores como son la velocidad, la
densidad del fluido, el diámetro del ducto y así como la viscosidad del fluido y que estos factores pueden ser
combinados e identificados por un número sin dimensión conocido como el Número de Reynolds (Re), que es
usado con modelos a escala.
Este Número de Reynolds se obtiene de la fórmula:
Re= (d*V* D/Ф > 2300, donde:
Re= Número de Reynolds
d = densidad del fluido
V= Velocidad media de fluido; m/seg
D= Diámetro del ducto; m
Ф = Viscosidad dinámica del fluido; m/seg2

20. Tipos de Flujos de aire
El aire que recorre las labores de interior mina con fines de ventilación, puede moverse de 3
formas diferentes:
1.- Flujo laminar o aerodinámico
Es el movimiento lento del flujo de aire, semejante a hilos separados que no se mezclan
entre sí y se mueven paralelamente. En las minas se presenta rara vez.
A velocidades de aire menores a 5m/min, especialmente en las fugas de aire de las puertas
o compuertas de ventilación. Se da este caso cuando Re< 2000.
2.- Flujo crítico o intermedio
Es el movimiento transicional, es decir de cambio entre el flujo laminar y turbulento: Re va
de 2000 a 4000.
3.- Flujo Turbulento
Es el movimiento en que las partículas del aire se mezclan, chocan entre sí y forman
remolinos al chocar con las irregularidades de los conductos, al aumentar la velocidad del
flujo de aire y ser mayor de 10m/min. Se da este caso cuando Re> 4000.

21. La determinación de diversos coeficientes de resistencia aerodinámica es
bastante complicada dentro de la mina y por esto las investigaciones se
hacen también sobre modelos en los laboratorios.
Se deben cumplir las condiciones de semejanza:
1. Semejanza geométrica o constancia de escala (longitud, superficie).
2. Semejanza cinemática o similaridad de caminos recorridos por partículas
semejantes en el modelo y la naturaleza, en tiempos iguales.
3. Semejanza dinámica o conservación de la relación de las fuerzas
aplicadas a partículas similares del modelo y de la naturaleza.

22. En aerodinámica, las fuerzas básicas que actúan en el aire en
movimiento son: las fuerzas de inercia y de rozamiento viscoso; en
consecuencia, para la conservación de la semejanza de dos corrientes
de aire (en el modelo y en la naturaleza), es necesario conservar la
relación de estas dos fuerzas.
Dos corrientes son semejantes cuando tienen similaridad geométrica
e igualdad de Número de Reynolds, es decir las velocidades de
movimiento del aire, en la naturaleza y en el modelo, deben ser
inversamente proporcionales a las dimensiones del modelo y la
naturaleza.

23. Pregunta
• ¿Represente mediante formulas la Ley de Conservación de las masas
del fluido que circula por una galería en el ingreso y salida en interior
mina?
A. Q1 = A1 V1 ϒ1 ; Q2 = A2 V2 ϒ2
B. Q1 = A1 V1 ; Q2 = A2 V2
C. A1 V1 ϒ1 = A2 V2 ϒ2
D. Q1 = A1 ϒ1 ; Q2 = A2 ϒ2
E. Ninguno de los anteriores
Respuesta: