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1. METODOLOGIA DE LA
INVESTIGACION
Presentado por:
Darwin Esteban Balanta Villegas

2. INTRODUCCION
El proyecto surge por la necesidad de monitorear en tiempo real, la cantidad
monóxido de carbono y metano que se presenta en el proceso de extracción de
minerales. Con el fin de evitar posibles incidentes, accidentes y garantizar
condiciones óptimas a los trabajadores, ya que en la actualidad la minería es una
labor que cobra anualmente muchas vidas humanas y la gran mayoría de agentes
involucrados en la extracción de minerales no cuentan con medios de detección
que garanticen la seguridad de los trabajadores al interior de la mina.

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
DE INVESTIGACION
• DESCRIPCION DEL PROBLEMA DE INVESTIGACION
En el departamento del Cauca, la minería ha sido una de las actividades económicas más importantes para la
comunidad, no obstante en la última década la actividad se ha visto afectadas por un incremento de emergencias
y mortalidades a causa de atmosferas viciadas o los gases tóxicos que están presentes en todas las aplicaciones
mineras subterráneas.
Los accidentes al interior de las minas no cesan y siguen siendo producidos por los mismos factores en la
mayoría de los casos; acumulación de gases, específicamente dióxido de carbono y metano, ya sea por inhalación
excesiva o por sus compuestos que los hacen altamente explosivos generan sucesos trágicos durante la actividad
minera.
La seguridad en la minería subterránea debe ser producto de los esfuerzos conjuntos y coordinados de los
titulares del derecho minero y el sector académico e investigativo. Por lo que es necesario realizar una
investigación de campo de carácter científico, para poder plantear unas pautas y protocolos en contra de estos
sucesos negativos.

4. FORMULACION DEL PROBLEMA DE
INVESTIGACION
En la actualidad, el 95% de las minas subterráneas en Colombia no cuenta con un sistema de
Detección de las atmosferas en tiempo real. En la gran mayoría de estas minas se hace un
control de manera periódica a diferentes horas durante el turno de trabajo. Esto no garantiza la
seguridad de la atmosfera debido a que una bolsa de gases puede encontrarse en cualquier
momento durante la excavación y rápidamente convertirse en un entorno potencialmente
peligroso. En la minería se usan muchas veces métodos con más de cien años para detectar falta
de oxígeno. Estas prácticas son tradicionales, pero no muy efectivas, por lo tanto se desea
proponer un prototipo que pueda prevenir los riesgos que producen los gases tóxicos. (Daniel
Restrepo Echeverri, 2012).
¿Cómo reducir la exposición a los gases tóxicos en las minas?

5. OBJETIVOS
Objetivo General:
Desarrollar un sistema de monitoreo y sensado que permita transmitir datos para la detección
de gases CO2 (dióxido de carbono) y CH4 (metano) en las minas del departamento del cauca.
Objetivos Específicos:
• Realizar un diagnóstico de aspectos internos y externos que influyen sobre la minería.
• Fijar herramientas de seguimiento y control para la sostenibilidad del plan estratégico.
• Proponer estrategias para elevar la protección ante la actividad minera.

6. JUSTIFICACION
La explotación de un yacimiento mediante minería subterránea requiere de
diferentes procesos, en los cuales es fundamental la utilización de maquinaria de
extracción y explosivos, sin embargo esto conlleva un gran riesgo para el
trabajador, ya está siendo expuesto a una atmosfera viciada producto de los
procesos antes mencionados.

7. MARCO DE REFERENCIA
El fundamento de este proyecto está orientado directamente hacia la detección de gases y a través
este documento se mostrará el prototipo y diseño de una red inalámbrica que mediante tecnología
ZigBee efectuará un monitoreo en tiempo real de los niveles de los principales gases que presentan
mayores índices de accidentalidad en el entorno. Este diseño permitirá que estos instrumentos
portables sean cargados los trabajadores de minas y partiendo de las mediciones que se obtengan
con los dispositivos sensores, la información viajará a través de los “Routers” hacia un único
“Coordinador” el cual tendrá la función principal de enviar la información al exterior de la mina
hacia un equipo denominado “Centro de control de la mina”, en donde se recogerán los datos del
monitoreo en tiempo real de dichos niveles de gas. Posteriormente se procesara la información en
una base de datos que determinara la fiabilidad de la medición y en el instante en que se detecte que
uno de estos peligrosos gases tiene un nivel que puede desencadenar un riesgo o puede ser altamente
tóxico para la salud de los trabajadores, se realizará un aviso general para controlar la situación y
evitar accidentes de gran magnitud. (Buriticá C. Juan)

8. MARCO DE REFERENCIA
Se realiza una búsqueda de las técnicas de detección y predicción en tiempo real a
través de diferentes métodos de aprendizaje automático en una red inalámbrica de
sensores. En las minas de carbón subterráneas se producen atmósferas altamente
tóxicas y explosivas debido a la presencia de diversos gases (UNECE - United Nations
Economic Commission for Europe (Methane to Markets Partnership, 2010), entre los
que se encuentra: el Monóxido de Carbono(CO), Dióxido de Carbono(CO2), Ácido
Sulfhídrico (H2S), Dióxido de Nitrógeno (CO2) y Metano (CH4) algunos de estos
gases no presentan olor ni color, lo que dificulta a los mineros la detección de estos a
través de sus sentidos, esto ocasiona que estén expuestos y puedan presentar síntomas
tales como, dolores de cabeza, náuseas, fatiga, pérdidas del conocimiento y hasta la
muerte.(Ministerio de minas y energía República de Colombia, 2015). (Pablo, 2020)

9. MARCO DE REFERENCIA
Las visitas que se realizaron a la mina Santa María permitieron establecer
criterios para el diseño de la red inalámbrica, como las distancias que se deben
tener entre nodos ó el reconocimiento al interior de la mina, para lograr
determinar cuáles eran los lugares pertinentes en los que se debían instalar los
dispositivos. El diseño de una red inalámbrica genera un impacto diferente
dentro de la mina ya que anteriormente la conexión que existía en el 2015 era
cableada, al transformarla en una comunicación inalámbrica el sistema permite
que no se entorpezcan las labores de los trabajadores al interior de la mina.
(Sanchez B. Aura Vanessa, 2017)

10. MARCO TEORICO
1.DETECCION DE GASES
(Bonetti, Abruzzi, Peglow, Pires, & Gomes, 2019) explican que para la
detección de estos gases nocivos y volátiles se utilizan sensores denominados
transductores que se utilizan para medir gases y vapores; utilizan propiedades
físicas (gases), mecánicas, térmicas, magnéticas, para la conversión en una señal
normalmente eléctrica de dicha magnitud. En la evolución de la tecnología se
han destacado tres principios para la detección de gases en la industria:
Sensores Electroquímicos, Sensores de Perla Catalítica y Sensores Infrarrojos
(Zrelli & Ezzedine, 2018).

11. MARCO TEORICO
2.RED DE SENSORES
Para optimizar el uso de estos se componentes se implementan en una red de sensores
inalámbricos (WSN -Wireless Sensor Network) la cual está compuesta de un gran número de
nodos sensores desplegados (Troya, 2019), donde el número de dispositivos puede ser del
orden de cientos o miles y tienen dimensiones reducidas y bajo consumo de energía. Estos
nodos son dispositivos inalámbricos auto configurables capaces de detectar eventos o capturar
Pablo Gómez-Monsalve. Detección y predicción en tiempo real de gases tóxicos en minas de
carbón subterráneas de Norte de Santander. Revista Infometric@ - Serie Ingeniería, Básicas y
Agrícolas. Vol. 3 No.1 Enero-Junio 2020 84 señales por ejemplo contaminación del aire,
temperatura ambiente, presión, señales cardíacas, etc. (Alfonso, Goméz, Garcés, & Chavarriaga,
2018).

12. MARCO TEORICO
3.DISPOSICICION DE NODOS
Los nodos se despliegan en distintos ambientes como la tierra, el aire, en vehículos,
dentro de las edificaciones, etc., para captar datos y trasmitirlos utilizando un canal de
comunicación inalámbrico hasta una estación base (Chen et al., 2013). La estación base
recolecta la información de todos los sensores, luego una aplicación los analiza y puede
tomar decisiones en base a estos datos. A su vez, esta información puede ser accedida
a través de otro tipo de redes (ejemplo Internet) y utilizada para múltiples propósitos.
Por otro lado, los nodos generalmente utilizan tecnologías de bajo consumo para
comunicarse entre sí.

13. MARCO TEORICO
4.PORCESACMINETO DE DATOS
Para realizar el procesamiento de los datos obtenidos se pueden utilizar
diferentes técnicas para identificar las concentraciones presentes en los gases
una de esta es el uso de la Inteligencia Artificial(Qian et al., 2019), y más
concretamente el Aprendizaje Automático (Manogaran, Chilamkurti, & Hsu,
2019), ya que se han desarrollado algoritmos de aprendizaje basados en los
sistemas nerviosos naturales que permiten “emular” el comportamiento
biológico de los procesos de reconocimiento, aprendizaje y generalización
(Mouriño, 2017).

14. BIBLIOGRAFIA
1. http://www.draeger.es/ST/internet/ES/es/index
2. http://www.gasalarmsystems.co.uk/Products/PortableProducts.aspx
3. http://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_lógico_programable 4. http://www.jandei.com/
5. http://www.pureairemonitoring.com/category/all-categories/gas-monitors/
6. http://www.net-safety.com/products/controllers.html
7. http://www.ni.com/labview/
8. http://en.wikipedia.org/wiki/Data_logger
9. Grega, W.; Kolek, K.; Simulation and real-time control: from Simulink to industrial applications Computer Aided Control System Design, 2002. Proceedings. 2002 IEEE
International Symposium on 18-20 Sept. 2002 Page(s):104 – 109.
10. http://www.mathworks.com/.
11. Mineras, E. (09 de 09 de 2020). Obtenido de https://www.anm.gov.co/?q=emergencias_mineras
12. Portafolio. (09 de 09 de 2020). Obtenido de https://www.portafolio.co/economia/finanzas/sector-minero-colombiano-emergencia-255028