Ventilação em Minas Subterrâneas

Enviado por: Bruno Magalhães Gomes Gonçalves | 10 comentários

Arquivado no curso de Engenharia de Minas na UEMG

LAÍS RIBEIRO ANDRADEVENTILAÇÃO EM MINA SUBTERRÂNEA

João Monlevade Junho de 2009

LAÍS RIBEIRO ANDRADEVENTILAÇÃO EM MINA SUBTERRÂNEA

Trabalho Acadêmico apresentado, como requisito parcial, para aprovação na Disciplina Desenvolvimento de Mina do 5º período do curso de Engenharia de Minas da Universidade do Estado de Minas Gerais, campus João Monlevade.

Prof.° Msc. José Geraldo

João Monlevade Junho de 2009

LAÍS RIBEIRO ANDRADEVENTILAÇÃO EM MINA SUBTERRÂNEAMonlevade

Trabalho Acadêmico apresentado, como requisito parcial, para aprovação na Disciplina Desenvolvimento de Mina do 5º período do curso de Engenharia de Minas da Universidade do Estado de Minas Gerais, campus João

Observação (ões): _

João Monlevade, _ de de 2009.

Prof.° Msc. José Geraldo Orientador

1RESUMO............................................................................................................... 5

2 INTRODUÇÃO 7

3 HISTÓRICO DA VENTILAÇÃO

9

4 POR QUE VENTILAR UMA MINA?

10

5 PARÂMETROS PARA CONDICIONAMENTO DO AR

1

5.1 Considerações Gerais

1

5.2 Normas Regulamentadoras

12

5.3 Controle de Qualidade

17

5.3.1 Gases 18 5.3.2 Doenças Causadas por trabalhos em Mineração

23

5.3.3 Detecção de gases

25

5.3.4 Controle de Gases

26

5.3.5 Limites de Tolerância

26

5.3.6 Poeira 27 5.3.7 Composição 28 5.3.8 Concentração 29 5.3.9 Tamanho das Partículas

29

5.3.10 Tempo de Exposição

29

5.3.1 Susceptibilidade Individual

29

5.3.12 Controle da Poeira

30

5.4 Temperatura e Umidade

31

5.4.1 Processos de Transferência de Calor

31

5.4.2 Psicometria 31 5.5 Controle da Quantidade

32

6 CIRCUITOS 35

BÁSICOS DE VENTILAÇÃO6.1 Portas de Ventilação

35

6.2 Circuitos 36 6.2.1 Em série 37 6.2.2 Em paralelo 37 6.3 Fluxo de ar em um circuito

38

ÍNDICE 7 DETERMINANDO OS VENTILADORES E A CAPACIDADE DOS SISTEMAS41

7.1 Comparando Ventiladores em um Sistema de Ventilação 41 7.2 Instalação de Múltiplos Ventiladores 43 8 OPERANDO O SISTEMA DE VENTILAÇÃO 48 8.1 Ventiladores 48 8.6 Equipamentos de Ventilação Mecânica 5 1 RESUMO disponíveis para a construção desse sistema

A atmosfera da mina difere da atmosfera exterior pelo seu estado físico, temperatura, grau higrométrico, composição gasosa, e pelas poeiras existentes em suspensão. Se não for corretamente renovada, por conveniente afluxo de ar da superfície, pode não satisfazer as condições higiênicas requeridas pelos trabalhadores ou adquirir, pela presença de elementos inflamáveis em proporção suficiente, a indesejável propriedade de se tornar explosível. Um Engenheiro de Minas ao implantar um sistema de ventilação deve levar em consideração fatores como profundidade, número de galerias, extensão da mina, número de trabalhadores, tipo de mineral a ser lavrado e as formas como esse mineral é lavrado. Pois estas são informações de suma importância na definição do sistema de ventilação a ser implantado. Uma vez que não basta apenas implantar, pois é necessário um rigoroso controle com relação à poeira produzida e a emissão de gases. Neste trabalho serão abordados todos os temas referentes à ventilação de uma mina subterrânea. Desde o porquê da sua implantação até os tipos de equipamentos

The atmosphere differs from the mine atmosphere outside his physical state, temperature, humidity level, gas composition, and the existing dust in suspension. If not properly renewed by appropriate flow of air from the surface, it may not meet the hygienic conditions required by the workers or acquire, by the presence of flammable items in sufficient proportion, the undesirable property of becoming explosive. A mining engineer to implement a ventilation system must take into account factors such as depth, number of galleries of the mine extension, number of employees, type of mineral to be recorded and how this mineral is denominated. Because these information are of paramount importance in defining the system to be deployed. Since not only implement, as it is necessary a rigorous control in dust production and emission of gases.

This work will be discussed all issues concerning the ventilation of an underground mine. Since the reason of their deployment to the types of equipment available for the construction of the system.

2 INTRODUÇÃO

A ventilação em minas subterrâneas tem como finalidade assegurar o ar puro a fim de criar condições ótimas de trabalho e a prevenção de explosões em conseqüência das acumulações de gases ou pó explosivos. As condições da ventilação em uma mina subterrânea demandam uma constante atenção dos operadores da mina. Uma mina subterrânea apresenta mudanças constantes essas mudanças ocorrem na estrutura física, nas condições de ventilação que variam consideravelmente de seção para seção, dia após dia. Nenhum sistema de ventilação pode permanecer adequado indefinidamente, todo sistema requer monitoramento e ajustes para continuar a fornecer a ventilação adequada. De um modo geral o principal objetivo da ventilação em uma mina subterrânea é adequar e controlar a qualidade e a quantidade de ar que lá circulam. A deficiência desse sistema pode causar danos irreversíveis à saúde dos trabalhadores e comprometer o funcionamento da mina, oferecendo, inclusive, um grande risco de explosão. O controle do ar que circula dentro de uma mina subterrânea é uma das tarefas mais difíceis. Uma vez que a mina apresenta potencial de formação de gases tóxicos em toda a sua extensão e o local por onde esses gases são eliminados é o mesmo que conduz “ar puro” para dentro da mina. Existem vários tipos de equipamentos usados na detecção de gases. Na mineração estes se subdividem em quatro classes: detectores manuais, monitores montados em máquinas, monitores de área e dosímetros pessoais. Os métodos de detecção incluem oxidação catalítica, eletroquímica, condutividade elétrica, absorventes químicos e detectores óticos. Os gases tóxicos não são os únicos problemas relacionados ao ar existentes em uma mina. É necessário que haja um controle rigoroso também com relação a poeiras.Devem ser considerados a composição, a concentração e o tamanho das partículas. O sistema de ventilação a ser implantado na mina deve atender necessidades do local. Os ventiladores, bem como todo circuito devem ser escolhidos com bastante critério.Para determinar o que melhor se adéqua às necessidades existentes.

O ar chega às frentes de trabalho através de dois circuitos de ventilação: o circuito principal e o circuito secundário. O circuito principal tem como objetivo conduzir o ar novo até as frentes de lavra mais distantes, e retirar o ar impuro e o pó presente nessas frentes. O circuito secundário tem como objetivo levar ar puro e refrigerado ate as frentes de lavra e a exaustão do pó nas frentes de lavra. Este trabalho tem o objetivo de apresentar um pequeno histórico da evolução da ventilação em mina subterrânea, estabelecer quais os parâmetros para condicionamento do ar que devem ser avaliados no planejamento do sistema de ventilação, abordando tópicos como, qualidade e quantidade de ar, circuitos de ventilação, determinação do tipo de ventilador e fornecer informações sobre a legislação que regula a ventilação em minas subterrâneas.

3 HISTÓRICO DA VENTILAÇÃO

O papel histórico da ventilação era fornecer um fluxo de ar fresco, suficiente para manter o oxigênio consumido pelos trabalhadores subterrâneos. Hoje a ventilação soluciona também o

problema de gases nocivos, que em geral, são produzidos pelos próprios equipamentos utilizados na mineração No passado, as minerações ocorriam perto da superfície onde a iluminação natural e a ventilação eram disponíveis. O fogo era usado para absorver ar fresco para dentro da mina e para exaurir as fumaças quentes para fora da mina. Canarinhos eram usados para detecção de gás nas minas de carvão nos estágios iniciais da mineração. Este pássaro sensível podia ser levado para frente de trabalho e se ele ficava agitado, os trabalhadores imediatamente deixavam a mina. Antes do ano de 1870, os gerentes e as pessoas qualificadas usavam lâmpadas de segurança para detectar gás. Estas lâmpadas logo foram substituídas por lâmpadas a óleo e velas como uma fonte da luz de trabalho. Em seguida, ventiladores de mão pequenos foram usados para conduzir o gás das frentes de lavra para as correntes de ar principais. Portas foram colocadas estrategicamente como parte do sistema da ventilação para guiar o fluxo do ar para as áreas selecionadas. Em 1920 esses ventiladores de mão foram substituídos por ventiladores de turbina pequenos. Ventiladores grandes do tipo sucção foram colocados na superfície e gradualmente aumentaram de tamanho. Hoje, os motores de LHD são equipados com catalisadores para completar a combustão de gases que é realizada com uma eficiência de aproximadamente 90%. Os motores de LHD produzem também partículas sólidas devido à combustão incompleta e às impurezas no combustível. Infelizmente, o catalisador não é eficiente na remoção destes particulados. .

4 POR QUE VENTILAR UMA MINA?

A ventilação em uma mina subterrânea é necessária para:

Fornecer oxigênio para a respiração do homem; Remover para fora da mina os gases nocivos ao homem provenientes de: • operação de detonações;

• gases provenientes de maquinas (LHD, Jeep, etc);

• furos de sondagem e rocha;

Manter a temperatura baixa nos locais de trabalho, para maior conforto e eficiência do homem;

Remover o calor produzido pelo homem, rocha, maquinas (LHD, Jeep, mineradores, schutlecar’s, etc), detonações, correias transportadoras, sondas, etc; Remover o pó originado nas frentes de lavra;

5 PARÂMETROS PARA CONDICIONAMENTO DO AR 5.1 Considerações Gerais

O sistema de ventilação surgiu com o objetivo de retirar do interior da mina o ar de “má qualidade” e fornecer ar puro a todas as frentes de trabalho, em quantidade suficiente para oferecer aos trabalhadores condições mínimas de higiene e segurança. Dentro de uma mina pode ser dividido em quatro categorias:

Ar bom ou fresco: Quando a atmosfera dentro da mina tem composição similar à da atmosfera externa. Ar irrespirável ou empobrecido: A atmosfera apresentará essa condição quando contiver

uma elevada proporção de gases irrespiráveis como: CO2, CH4 , H, N, não satisfazendo às exigências respiratórias.

Tóxica: A atmosfera apresenta componentes nocivos como: NOX, CO e H2 S.

Perigosa ou Explosiva: Quando a atmosfera apresenta gases combustíveis como

CH4 e CO e que associados ao ar podem formar misturas explosivas.

Essas categorias permitem que se tenha uma noção dos problemas que o sistema de ventilação precisa solucionar. Ventilação subterrânea é o controle do movimento e da direção do ar. Em minas subterrâneas o ponto mais crítico é o controle do ambiente nos locais de trabalho. Na engenharia de minas o controle deste parâmetro é o condicionamento do ar. A ventilação subterrânea contribui para que se estabeleçam condições ambientes necessárias à atividade humana. Os limites da padronização do ambiente adequado ao trabalho estão ligados à segurança e a tolerância do ser humano. Os itens que dificultam a operação em uma mina subterrânea são proporcionais à profundidade na qual se trabalha. Quanto maior a profundidade, maior a temperatura da rocha. Para adequar este ambiente inóspito às condições de trabalho é necessário o condicionamento do ar. Existem normas que regulamentam a quantidade e a qualidade do ar que circula nas minas subterrâneas. A quantidade de ar que circula no interior da mina varia de acordo com o número de trabalhadores, de forma diretamente proporcional.De acordo com a NR 2.24 a vazão de ar dentro de uma mina deve ser de no mínimo

3,0 m3 para cada trabalhador por minuto e o sistema de ventilação seja ele natural ou artificial deve atender aos seguintes requisitos:

Manter o suprimento de oxigênio exigido; Renovação continua do ar; Diluição eficaz de gases inflamáveis ou nocivos; Eliminar concentrações de poeiras em suspensão do ambiente de trabalho; Manter temperatura e umidade adequadas ao trabalho humano; O sistema de ventilação deve ser mantido e operado de forma regular e continua.

5.2 Normas Regulamentadoras

Normas Reguladoras de Mineração - NRM Ventilação 5.2.1 Generalidades 5.2.2 Para cada mina deve ser elaborado e implantado um projeto de ventilação com fluxograma atualizado periodicamente contendo no mínimo os seguintes dados: a) localização, vazão e pressão dos ventiladores principais; b) direção e sentido do fluxo de ar; c) localização e função de todas as portas, barricadas, cortinas, diques, tapumes e outros dispositivos de controle do fluxo de ventilação. 5.2.3 As atividades em subsolo devem dispor de sistema de ventilação mecânica que atenda aos seguintes requisitos: a) suprimento de ar em condições adequadas para a respiração; b) renovação contínua do ar; c) diluição eficaz de gases inflamáveis ou nocivos e de poeiras do ambiente de trabalho; d) temperatura e umidade adequadas ao trabalho humano; e) ser mantido e operado de forma regular e contínua; f) em dias em que não haja operação em subsolo, no mínimo 1/3 (um terço) do sistema principal de ventilação deve estar funcionando e g) as minas com emanações de gases nocivos, inflamáveis ou explosivos devem manter o sistema de

ventilação integral. 5.2.3.1 Devem ser observados os níveis de procedimentos para implantação de medidas preventivas, conforme disposto nesta Norma.

5.2.4 O fluxograma de ventilação deve ser representado em plantas, em escalas adequadas, que devem ser mantidas atualizadas na mina. 5.2.4.1 O fluxograma de ventilação deve estar disponível aos trabalhadores ou seus representantes e à disposição da fiscalização. 5.2.5 Um diagrama esquemático do fluxograma de ventilação de cada nível deve ser afixado em local visível do respectivo nível. 5.2.6 Todas as frentes de lavra devem ser ventiladas por ar fresco proveniente da corrente principal ou secundária. 5.2.7 É proibida a utilização de um mesmo poço ou plano inclinado para a saída e entrada de ar, exceto durante o trabalho de desenvolvimento com exaustão ou adução tubulada ou através de sistema que garanta a ausência de mistura entre os dois fluxos de ar. 5.2.8 Em minas com emanações de grisu a corrente de ar viciado deve ser dirigida ascendentemente. 5.2.9 A corrente de ar viciado só pode ser dirigida descendentemente mediante justificativa técnica. 5.2.10 O pessoal envolvido na ventilação e todo o nível de supervisão da mina, que trabalhem em subsolo, devem receber treinamento em princípios básicos de ventilação de mina. 5.2.1 Nas entradas principais de ar dos níveis e frentes de lavra devem ser instalados dispositivos que permitam a visualização imediata da direção do ar. 5.3 Qualidade e Quantidade do Ar 5.3.1 Nos locais onde pessoas estiverem transitando ou trabalhando a concentração de oxigênio no ar deve ser inferior a 19% (dezenove por cento) em volume. 5.3.2 A vazão de ar necessária em minas de carvão, para cada frente de trabalho, deve ser de, no mínimo, 6.0 m3/min (seis metros cúbicos por minuto) por pessoa. 5.3.2.1 A vazão de ar fresco em galerias de minas de carvão constituídas pelos últimos travessões arrombados deve ser de, no mínimo, 250 m3 /min (duzentos e cinqüenta metros cúbicos por minuto). 5.3.2.1.1 Na ventilação das frentes de serviço, em minas de carvão, a vazão mínima admissível deve ser de 85 m3 /min (oitenta e cinco metros cúbicos por minuto) e o sistema de ventilação auxiliar deve ser instalado em posição que impeça a recirculação de ar.

5.3.2.2 Em outras minas, a quantidade do ar fresco nas frentes de trabalho deve ser de, no mínimo, 2.0 m3 /min (dois metros cúbicos por minuto) por pessoa.

5.3.2.3 No caso da utilização de veículos e equipamentos a óleo diesel, a vazão de ar fresco na frente de trabalho deve ser aumentada em 3.5 m3 /min (três e meio metros cúbicos por minuto) para cada cavalo-vapor de potência instalada. 5.3.2.3.1 No caso de uso simultâneo de mais de um veículo ou equipamento a diesel, em frente de desenvolvimento, deve ser adotada a seguinte fórmula para o cálculo da vazão de ar fresco na frente de trabalho:

QT = 3,5 (P1 + 0,75 x P2 + 0,5 x P n)

Onde:

= vazão total de ar fresco em metros cúbicos por minuto (m3 /min)

P1 = potência em cavalo-vapor do equipamento de maior potência em operação

P 2 = potência em cavalo-vapor do equipamento de segunda maior potência em operação

Pn = somatório da potência em cavalo-vapor dos demais equipamentos em operação diesel, a vazão de ar fresco deve se dimensionada à razão de 15 m3/min/m 2 (quinze metros cúbicos por minuto por metro quadrado) da área da frente em desenvolvimento. 5.3.2.4 Em outras minas e demais atividades subterrâneas a vazão de ar fresco nas frentes de trabalho deve ser dimensionada de acordo com o disposto no Anexo que segue, prevalecendo a vazão que for maior. 5.3.2.5 O fluxo total de ar fresco na mina será, no mínimo, o somatório dos fluxos das áreas de desenvolvimento e dos fluxos das demais áreas da mina, dimensionados conforme determinado nesta NRM. 5.3.2.6 As condições de conforto térmico devem obedecer ao disposto na legislação vigente. 5.4 Velocidade do Ar 5.4.1 A velocidade do ar no subsolo não deve ser inferior a 0,2 (zero vírgula dois) m/s nem superior à média de 8,0 m/s (oito metros por segundo) onde haja circulação de pessoas. 5.4.1.1 Em minas de carvão a velocidade do ar não deve ser superior a 5,0 m/s (cinco metros por segundo).

5.4.2 Em casos especiais, o DNPM pode aprovar, ouvida a Instância Regional do MTE, aumento do limite superior para 10,0 m/s (dez metros por segundo). 5.4.2.1 Em casos especiais, para minas de carvão, o DNPM pode aprovar, ouvida a Instância Regional do MTE, aumento do limite superior para 8,0 m/s(oito metros por segundo). 5.4.3 Em poços, furos de sonda, chaminés ou galerias, exclusivos para ventilação, a velocidade pode ser superior a 10,0 m/s (dez metros por segundo). 5.4.3.1 Em minas de carvão, nos poços, furos de sonda, chaminés ou galerias, exclusivos para ventilação, o DNPM pode aprovar velocidade superior a 8,0 m/s (oito metros por segundo), ouvida a Instância Regional do MTE. 5.5 Portas, Viadutos e Tapumes. 5.5.1 Sempre que a passagem por portas de ventilação acarretar riscos oriundos da diferença de pressão devem ser instaladas duas portas em série, de modo a permitir que uma permaneça fechada enquanto a outra estiver aberta, durante o trânsito de pessoas ou equipamentos. 5.5.1.1 A montagem e desmontagem das portas de ventilação só podem ser realizadas com autorização do responsável pela mina. 5.5.2 Na corrente principal, as estruturas utilizadas para a separação de ar fresco do ar viciado nos cruzamentos devem ser construídas com alvenaria ou material resistente à combustão ou revestido com material anti-chama. 5.5.2.1 Os tapumes de ventilação devem ser conservados em boas condições de vedação de forma a proporcionar um fluxo adequado de ar nas frentes de trabalho. 5.6 Instalação de Sistema de Ventilação 5.6.1 A instalação e as formas de operação do ventilador principal e de emergência devem ser definidas e estabelecidas no projeto de ventilação constante do Plano de Lavra. 5.6.2 O sistema de ventilação deve atender, no mínimo, aos seguintes requisitos: a) possuir ventilador de emergência com capacidade que mantenha a direção do fluxo de ar de acordo com as atividades para este caso, previstas no projeto de ventilação; b) as entradas aspirantes dos ventiladores devem ser protegidas; c) o ventilador principal e o de emergência devem ser instalados de modo que não permitam a recirculação do ar e d) possuir sistema alternativo de alimentação de energia proveniente de fonte independente da alimentação principal para acionar o sistema de emergência nas seguintes situações: I - minas sujeitas a acúmulo de gases explosivos, inflamáveis ou tóxicos e I - minas em que a falta de ventilação coloque em risco a segurança das pessoas durante sua retirada. 5.6.2.1 Na falta de alimentação de energia e de fonte independente da alimentação principal, o responsável pela mina deve providenciar a retirada imediata e impedir o acesso de pessoas. 5.6.3 A estação onde estão localizados os ventiladores principais e de emergência deve estar equipada com instrumentos para medição da pressão do ar. 5.6.4 O ventilador principal deve ser dotado de dispositivo de alarme que indique a sua paralisação. 5.6.5 Os motores dos ventiladores a serem instalados nas frentes com presença de gases explosivos devem ser à prova de explosão. 5.7

Ventilação Auxiliar 5.7.1 Todas as galerias de desenvolvimento, após 10,0 m (dez metros) de avançamento, e obras subterrâneas sem comunicação ou em fundo-de-saco devem ser ventiladas através de sistema de ventilação auxiliar e o ventilador utilizado deve ser instalado em posição que impeça a recirculação de ar. 5.7.2 Em caso de utilização de ventiladores/exaustores auxiliares, o primeiro da série deve estar localizado na corrente principal de ar puro e em posição que impeça a recirculação de ar. 5.7.2.1 A chave de partida de todos os ventiladores/exaustores deve estar na corrente de ar puro. 5.7.3 Para cada instalação ou desinstalação de ventilação auxiliar deve ser elaborado um diagrama específico aprovado pelo responsável pela ventilação da mina. 5.7.4 A ventilação auxiliar não deve ser desligada enquanto houver pessoas trabalhando na frente de serviço. 5.7.4.1 Em casos de manutenção do próprio sistema e após a retirada do pessoal é permitida apenas a presença da equipe de manutenção, seguindo procedimentos previstos para esta situação específica.

5.7.5 É vedada a ventilação utilizando-se somente ar comprimido, salvo em situações de emergência ou se o mesmo for tratado para a retirada de impurezas. 5.7.5.1 O ar de descarga das perfuratrizes não é considerado ar de ventilação. 5.8 Controle da Ventilação 5.8.1 O principal responsável pela ventilação é o responsável pela mina. 5.8.2 Devem ser executadas mensalmente medições para avaliação da velocidade, vazão do ar, temperatura de bulbo seco e bulbo úmido contemplando, no mínimo, nos seguintes pontos: a) caminhos de entrada da ventilação; b) frentes de lavra e de desenvolvimento e c) ventilador principal. 5.8.2.1 Os resultados das medições devem ter registros próprios e serem freqüentemente examinados e visados pelo responsável pela mina, observadas as seguintes situações: a) medições de rotina conforme item 6.7.2; b) quando houver alteração na corrente principal do ar e c) quando ocorrer registros de parâmetros fora dos padrões estabelecidos. 5.8.3 No caso de minas grisutosas ou com ocorrência de gases tóxicos, explosivos ou inflamáveis o controle da sua concentração deve ser feito a cada turno, nas frentes de trabalho em operação e nos pontos importantes da ventilação. 5.8.4 Em minas subterrâneas, ao longo do percurso do ar, antes e depois dos pontos de ramificação das galerias, devem ser instaladas estações de medições, juntamente com um quadro onde constem os registros atualizados. 5.8.4.1 Esse Quadro deve conter as seguintes informações: identificação da estação, seção livre no ponto de medição (m2 ), velocidade do ar (m/s), vazão do ar

(m3 /min), nome da pessoa que executou e registrou a medição, a data e horário da

de todo o sistema de ventilação da mina

última medição. 5.8.5 Deve ser realizada, pelo menos mensalmente, e todas as vezes que houver modificação na corrente principal do ar, uma rigorosa inspeção destinada ao controle 5.3 Controle de Qualidade

O controle de qualidade consiste na remoção e purificação dos contaminantes, controlando gases, poeira e matéria orgânica. Tem objetivo monitorar as variáveis mais perigosas como a presença de gases e poeira. É, frequentemente, o problema mais complicado, isto porque, a mina apresenta potencial para liberação de contaminantes em toda sua extensão e as mesmas passagens onde são gerados os contaminantes são utilizadas também para o transporte de ar para o subsolo. Os contaminantes podem ser definidos como qualquer substância indesejável presente no ar, ou como qualquer substancia que esteja presente na atmosfera de forma excessiva. Estes podem ser

particulados (líquidos e sólidos) ou não particulados (gases e vapores). No subsolo os mais encontrados são gases e poeiras.

Controle da quantidade – Regula a direção e magnitude do fluxo de ar através da ventilação natural e auxiliar. Esta quantidade não está relacionada apenas com a respiração, mas também com dispersão de contaminantes físicos e químicos como gases, poeiras, umidade e calor.

ambiente

Temperatura e umidade – Busca-se atingir a temperatura e umidade próxima do ideal através do resfriamento, aquecimento, umedecimento e não umedecimento do

5.3.1 Gases

(Parte 2 de 5)

O ar é uma mistura composta por vários gases, e que, em geral, não se apresentam nas mesmas concentrações do ambiente de superfície. Isto ocorre porque o ar que circula na mina perde oxigênio e ganha gases provenientes da combustão de motores, detonação de explosivos, ou ainda, gases naturais do depósito. Os gases que podem ser encontrados são: O2 , CO2

, Metano, CO, H2SO4

Radônio

Oxigênio

82-218 764-983 1640Vigorosa

Quociente de respiração

Tipo de Atividade Taxa de respiração

(Inspirações por minuto)

Ar inalado por

Inspiração (cm3 )

Ar inalado

(cm3 /s)

Diferentemente de outros gases, oxigênio não é um contaminante e é o único gás que deve ser mantido na maior concentração possível. O decaimento do oxigênio ocorre por vários processos, tais como: diluição com outros gases, oxidação a altas temperaturas – motores a combustão

interna e chamas – e oxidação a baixas temperaturas – dos minerais e madeira. Geralmente associada a processos de oxidação está a geração de outros gases tais como monóxido e dióxido de carbono. Quando se considera a quantidade de ar que deve ser fornecida para satisfazer as necessidades dos trabalhadores, devem-se considerar ambos os oxigênios: o requerido e o gás carbônico produzido, pois este último é um contaminante. Um ambiente com baixa concentração de oxigênio pode acarretar os seguintes efeitos no homem: 17 % de O2: Respiração profunda e mais rápida; 15 % de O2: Tontura, taquicardia e zumbido nos ouvidos; 13 % de O2: Inconsciência e desmaio; 9 % de O2: Perigo de vida; 6 % de O2: Convulsão e morte.

A quantidade de oxigênio requerida para respiração humana varia com o tipo de atividade desempenhada, conforme ilustra a tabela abaixo:

Tabela 1: Necessidades Respiratórias

Para melhor entendimento, abaixo um exemplo do cálculo necessário para determinar a quantidade de oxigênio consumida. Considere uma pessoa em atividade moderada em um ambiente cuja concentração de oxigênio é de 21% e a de dióxido de carbono de 0,03%. Encontrar a quantidade de ar para requerida para que para que o ar mantenha a concentração mínima de 19,5% para o oxigênio e máxima de 0,5% para o dióxido de carbono. A solução está apresentada nas Tabelas 2 e 3.

fornecido produzido

Concentração remanescente

0,0003 . Q + 3 . 0,90 = 0,005 . Q

Q = 3 . 0,9 / (0,005 – 0,0003) = 6319 cm3 /s

Tabela 1: Relação do consumo de oxigênio e atividade física

Tabela 2: Relação da produção de gás carbônico e atividade física

Como Q mínimo calculado a partir da concentração máxima permitida para CO 2 é superior ao mesmo Q calculado a partir da concentração mínima requerida para O2 , então é necessário fornecer uma quantidade de 6319 cm3 /s por indivíduo trabalhando na mina. Observa-se que esse valor considera que o consumo de oxigênio ocorre apenas devido à respiração, o que sabemos não ser verdade.

Dióxido de carbono

CO 2 é incolor, inodoro e não combustível e pode ter gosto ácido. É mais pesado que o ar e, por isso, é encontrado mais próximo ao piso. Está mais presente nos locais abandonados e não ventilados da mina. As principais fontes de CO 2 são: respiração humana, oxidação, detonação, fogo e a própria rocha. Um aumento na concentração de 0,03 % a 0,5 % leva a uma respiração mais rápida e profunda. Uma concentração de 3 % leva a uma taxa de respiração dobrada, enquanto que 5 % de CO 2 triplicam essa taxa. Uma concentração de 10 % pode ser tolerada por apenas alguns minutos.

Metano consumido Concentração remanescente

0,21 . Q - 3 = 0,195 Q

Q = 3 / (0.21 - 0.195) = 20 cm3 /s

O metano é o gás mais comum em minas de carvão, podendo também ser encontrado em outras minas tais como minas de potássio, calcário, sal e xisto. O metano é incolor, inodoro, insípido, atóxico e altamente inflamável. Por ser mais leve que o ar, ele é mais encontrado em partes altas da mina. Durante a formação da camada de carvão, o metano é produzido junto com o dióxido de carbono, hidrocarbonetos maiores e outros gases inertes. A quantidade de metano depende da temperatura, pressão, grau de fraturamento, permeabilidade do carvão e da camada adjacentes. Pode existir como gás nas fissuras da rocha ou estar adsorvido na superfície do próprio minério (carvão). O metano é liberado devido à diminuição da pressão, particularmente causada por extrações em áreas vizinhas, o que causa um distúrbio nas condições de equilíbrio.

Monóxido de carbono

O monóxido de carbono, CO, é incolor, inodoro, insípido, tóxico e inflamável, produzido pela combustão incompleta de materiais orgânicos. É formado no subsolo por fogos, explosões, aquecimento por fricção, oxidação a baixa temperatura e motores a combustão interna. CO é venenoso a baixas concentrações e explosivo a uma ampla faixa (12,5 a 74 %). Ele substitui o oxigênio que é carregado pela hemoglobina, por ter uma afinidade 300 vezes maior com o sangue, e, portanto, age como asfixiante. O composto formado na junção do CO com a hemoglobina é chamado carboxihemoglobina, COHb. Os níveis de COHb no sangue dependem da concentração de CO no ar, tempo de exposição e nível de atividade exercida pelo indivíduo exposto ao ar. Os efeitos devido ao envenenamento por CO em função da saturação do sangue estão listados a seguir. 10 % COHb: perda de algumas funções cognitivas; 10 - 30 % COHb: dores de cabeça; 30 - 40 % COHb: fraqueza, tontura, diminuição da visão, náuseas, vômitos e colapso; 40 - 60 % COHb: inconsciência, convulsão; 60 - 70 % COHb: coma e possível morte; 70 - 80 % COHb: falha respiratória e morte.

Ácido sulfúrico

O ácido sulfúrico, H2SO4 , tem um cheiro forte, é incolor, tóxico e explosivo. É formado pela decomposição de compostos de enxofre. Baixas concentrações são encontradas em infiltrações de água das rochas, enquanto que altas concentrações ocorrem em gás natural, petróleo e algumas minas de enxofre e gipsita. H2SO 4 bastante solúvel e pode ser carregado por águas

subterrâneas a frentes de trabalho em atividade. A menor concentração letal já registrada é de 600 ppm. Os efeitos fisiológicos estão listados a seguir: 0, 025 ppm: odor; 0, 005 - 0,010 %: irritação do trato respiratório e olhos após 1 hora; 0, 010 %: perda olfativa após 15 minutos de exposição; 0,02 - 0,07 %: dor de cabeça, tontura, náuseas, dores nos nariz, peito e garganta; 0,07 - 0,10 %: inconsciência, parada respiratória e morte; 0,10 %: morte em poucos minutos.

Dióxido de enxofre

Incolor, não inflamável e tóxico, o dióxido de enxofre, SO2 , é formado sempre que compostos de enxofre são queimados. Podem ser formados durante a detonação de certos minérios de enxofre, fogos envolvendo compostos como pirita, e combustão nos motores. É significantemente mais pesado que o ar e, em baixas concentrações irrita os olhos, garganta e nariz. A uma concentração de 400 ppm coloca a vida em risco.

Óxido de nitrogênio

O nitrogênio, da forma que ocorre no ar, é inerte. Entretanto, sob certas condições, forma óxidos que podem ser extremamente tóxicos. Os mais comuns são óxido nítrico e dióxido de nitrogênio. São formados pela combustão de motores e detonação. Óxido nítrico é rapidamente oxidado a nitrogênio na presença de umidade e ar e, por isso, é raramente encontrado em grandes quantidades no subsolo. Dióxido de nitrogênio é mais comumente encontrado. Os óxidos de nitrogênio, NO2 , tóxicos reagem com umidade formando os ácidos nítrico e nitroso.

Pequenas quantidades de NO2 podem ser, portanto, letais, por combinarem com umidade nos pulmões e corroerem as vias respiratórias. Morte por exposição a NO 2 pode ocorrer rapidamente, caso o nível de exposição seja alto, ou pode ocorrer em dias ou até semanas, como resultado de um edema pulmonar (água nos pulmões) ou pneumonia infecciosa.

Hidrogênio

Hidrogênio é incolor, inodoro, insípido, atóxico e é o gás mais leve encontrado em mina subterrânea. As possíveis fontes são: carregamento de baterias, ação da água ou vapor em materiais quentes, e ação de ácidos em metais. É altamente explosivo. Sua ignição pode ocorrer a uma concentração de oxigênio de 5 %, diferentemente do metano que requer uma concentração mínima de 12 % para explodir.

Radônio

São esses raios gama a principal preocupação dos engenheiros de ventilação

Radônio é um produto da desintegração do rádio, é radioativo e quimicamente inerte. Encontrado primariamente em minas de urânio, mas pode ser encontrado em quantidades traço em minas de carvão. Uma vez que o radônio é liberado no ambiente, o processo de decaimento continua com a formação de rádio A, que decai a rádio B, que decai a rádio C, etc. Durante o processo de decaimento são emitidas partículas alfa e beta, que podem ser acompanhadas por raios de atividade gama.

5.3.2 Doenças Causadas por trabalhos em Mineração

Pneumoconiose: É causada pelo acúmulo de poeira nos pulmões e as reações do tecido à presença desta poeira. São variações da Pneumoconiose:

1) Silicose

A silicose é uma doença incurável causada pelo acúmulo de poeira contendo sílica nos pulmões e a conseqüente reação dos tecidos pulmonares. Ela leva ao endurecimento dos pulmões, dificultando a respiração e podendo causar até a morte.

2) Antracose

Doença pulmonar que se instala pela inalação de poeira do carvão. Os pulmões dos trabalhadores expostos à poeira passam a apresentar nítida pigmentação negra, decorrente do depósito de partículas antracósicas (antracito - carvão fóssil).

3) Asbestose

Doença pulmonar, causada pelo acúmulo de fibras de asbesto no pulmão. Quase sempre vem acompanhada de câncer do pulmão.

Limites de tolerância

Concentração máxima ou mínima, relacionada com a natureza e o tempo de exposição ao agente, que não causará dano à saúde do trabalhador, durante a sua vida laboral.

(Parte 3 de 5)

Asbesto: 2 fibras/cm 3

3

Sílica: quartzo respirável - 0,1 mg/m cristobalita e tridimita - 0,05 mg/m 3

Exposição e Efeitos Causados Pela Sílica

Carvão, areia, minerais, metálicos, feldspato. Mineração, metalúrgica, material de construção, jato de areia.

Silicose, antracosilicose e pneumoconioses mistas.

Caulim Ind. cerâmica Silicose

Quartzito Ind. cerâmica Silicose

Quartzo moído, areia moída.

Fibra de vidro, Ind. cerâmica Silicose

Fonte: Gentilmente cedida por Alcinéia M. dos A. Santos

5.3.3 Detecção de gases

Os tipos de instrumentos disponíveis na mineração para medir concentração de gases sobrecaem em quatro classes principais: detectores manuais, monitores montados em máquina, monitores de área e dosímetros pessoais. Os detectores manuais são relativamente pequenos e leves, podendo ser utilizado em vários locais da mina por engenheiros e outros. Exemplos de detectores manuais são: lâmpadas de segurança, detectores de metano, detectores de oxigênio, detectores para monóxido de carbono. Os métodos de detecção incluem oxidação catalítica, eletroquímica, ótico, condutividade elétrica e absorvente químicos. Detectores de oxidação catalítica são utilizados para medir concentração de gases combustíveis, a partir da mudança da resistência em um circuito elétrico ou do aquecimento gerado durante o processo de oxidação. Sensores eletroquímicos são aplicados na medição de oxigênio, ácido sulfídrico, monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio, que reagem com um eletrodo especial em um eletrólito, gerado uma corrente elétrica proporcional à concentração do gás presente. Os detectores óticos são basicamente dois, infravermelho não-dispersivo e interferômetro. O primeiro é baseado no princípio de que diferentes gases absorvem luz a comprimentos de onda específicos e distintos. O segundo é baseado na diferença de índice de refração. O método mais novo utiliza semicondutores que mudam de resistência e, portanto, sua condutividade elétrica na presença de certos gases. O último método utiliza as propriedades reativas dos gases e químicos que causam modificação na cor desses químicos proporcionalmente à concentração dos gases.

5.3.4 Controle de Gases

turno, nas frentes de trabalho em operação e nos pontos importantes da ventilação

Uma vez identificado o gás contaminante, sua fonte localizada e sua taxa de liberação determinada, o engenheiro se confronta com o problema do controle. Técnicas de controle variam desde diluição por simples ventilação até sistemas complexos de drenagem. A técnica escolhida dependerá da fonte de gás (rocha, detonação, motor, etc) e da natureza da ocorrência (liberação contínua ou intermitente, fonte móvel ou estática). As técnicas normalmente adotadas, em sua ordem de preferência, estão listadas a seguir: Prevenção: procedimento adequado na detonação, ajuste e manutenção de motores de CI, etc; Remoção: drenagem antes da lavra, exaustão local, infusão de água antes da lavra; Absorção: reação química em condicionadores de motores de CI, spray de solução ar-água na detonação; Diluição: diluição local por ventilação auxiliar, diluição pelo fluxo de ar principal, diluição local por difusores ou sprays d’água, Isolamento: vedação de áreas de trabalho abandonadas ou áreas de fogo, restrição na detonação. NR 2.24.24. - No caso de minas grisutosas ou com ocorrência de gases tóxicos, explosivos ou inflamáveis o controle da sua concentração deve ser feito a cada

5.3.5 Limites de Tolerância

Threshold limit values, TLV, são valores utilizados como indicador de toxicidade de alguns gases. São valores de concentração que, sob determinadas condições, não apresentam riscos de saúde para quase todos os trabalhadores que se expõem diariamente ao gás em questão. Threshold limit values - Time weighted average (TLV-TWA) é a concentração a qual quase todo trabalhador pode se expor durante oito horas por dia (quarenta horas por semana) sem apresentar efeitos adversos. Threshold limit values - short term exposure limit (TLV-STEL) é a concentração máxima a que um trabalhador pode se expor, durante até quinze minutos, sem apresentar qualquer irritação, mudança nos tecidos (crônica ou irreversível) ou

características de cada um dos gases mencionados

narcose suficiente para aumentar tendência a acidentes ou diminuir eficiência no trabalho. Threshold limit values - Ceiling (TLV-C) é a concentração que não deve ser excedida nunca, nem mesmo instantaneamente. A Tabela 4 resume as

Tabela 3: Características dos gases

5.3.6 Poeira

Poeira é a segunda categoria de contaminantes do ar de maior preocupação na mineração. Dispersão de partículas sólidas e líquidas, de tamanho microscópico, em um meio gasoso, é chamada aerossol. Apesar de nem toda poeira precisar estar suspensa para ser nociva, as que causam danos pulmonares são as que existem como aerossol. Todo material suspenso em uma mina subterrânea se comporta de maneira similar e apresenta os seguintes princípios básicos:

a) Partículas de poeira, de conseqüência combustível ou patológica, são predominantemente menores que 10 µm. Aquelas menores que 5 µm são classificadas como respiráveis; b) Partículas maiores que 10 µm não tendem a permanecer muito tempo em suspensão em correntes de ar, a menos que haja altas velocidades. Essas partículas, entretanto, não são tão preocupantes; c) Poeira de mina tem um tamanho característico entre 0,5 a 3 µm; d) Reatividade química cresce com o decréscimo do tamanho; e) Poeiras menores que 10 µm, sérias para a higiene do ar, não têm peso significativo ou inércia, portanto podem ficar indefinidamente suspensos na atmosfera; f) O controle da poeira fina (menor que 10 µm) suspensa no ar requer um controle da corrente de ar. Esse é o princípio básico do controle de poeira.

Poeira pode ser classificada de acordo com seus efeitos fisiológicos ou suas propriedades explosivas:

a) Poeira fibrogênica (nociva ao sistema respiratório): sílica (quartzo, cherts); silicatos (asbestos, talco, mica, silimanita); fumaças de metal (quase todos); minério de berílio; minério de estanho; minério de ferro (alguns); carvão (antracito, betuminoso); b) Poeira carcinogênica: radônio; asbestos; arsênio; c) Poeira incômoda (pequenas adversidades): gipsito, caulim, calcário; d) Poeiras tóxicas (venenosas aos órgãos e tecidos do corpo): minérios de berílio, arsênio, chumbo, rádio, tório, cromo, vanádio, mercúrio, cádmio, antimônio, selênio, manganês, tungstênio, níquel e prata (principalmente óxidos e carbonatos); e) Poeiras radioativas (prejudicial devido às radiações alfa e beta): minérios de urânio, rádio e tório; f) Poeiras explosivas (combustível

quando em suspensão): poeiras metálicas (magnésio, alumínio, zinco, estanho e ferro); carvão (linhito); minérios sulfetados; poeiras orgânicas;

5.3.7 Composição

Na classificação da poeira quanto ao grau de dano patológico, a composição mineralógica é mais importante que a química e propriedades químicas são mais importantes que as físicas. Por exemplo: sílica livre apresenta maior reatividade química nos pulmões que a sílica combinada; já no caso do asbesto, o efeito mecânico é mais importante; nas poeiras tóxicas a principal variável é a solubilidade. Misturas de poeiras são imprevisíveis.

5.3.8 Concentração

Depois da composição, a concentração é o fator mais importante. Poeiras nocivas devem estar presentes em concentrações acima de 0,5 mg/m 3 para gerar danos aos pulmões. Algumas poeiras tóxicas ou radioativas, entretanto, podem ser prejudiciais

5.3.9 Tamanho das Partículas

maioria das minas apresenta tamanho médio de poeira menores que esse valor

Poeiras finas são mais perigosas fisiologicamente porque sua área específica e, portanto, sua reatividade química é muito grande, em proporção a seu peso. Danos pulmonares ocorrem devido a poeiras respiráveis (menores que 5 µm); e a

5.3.10 Tempo de Exposição

Normalmente, doenças como a silicose, se manifestam depois de 20 ou 30 anos de exposição. Danos por radiação ocorrem entre 10 e 20 anos de exposição.

5.3.1 Susceptibilidade Individual

Um fator que influência a saúde ocupacional é a seletividade humana. Atualmente, trabalhadores passam por exames pré-admissionais e problemas potenciais são diagnosticados antes que ocorram efetivamente. Existem amplas evidências de que o cigarro apresenta um efeito sinergético, aumentando a probabilidade de se contrair uma doença respiratória.

5.3.12 Controle da Poeira

O controle de poeira é feito através de perfuração a úmido; o uso de sistemas de exaustão da poeira; medição da concentração de poeira no ambiente de trabalho; molhar os locais a serem detonados antes e depois da detonação, bem como o material desmontado; pulverização em locais com formação de pó; proteção individual com uso de máscaras contra pó.

Prevenção de acordo com a NR 2:

2.29 - Prevenção de Explosão de Poeiras Inflamáveis em Minas Subterrâneas de Carvão 2.29.1 - As minas subterrâneas de carvão devem identificar as fontes de geração de poeiras tomando as medidas preventivas cabíveis para reduzir o risco de inflamação de poeiras e a propagação da chama. 2.29.1.1 - As medidas preventivas serão implantadas principalmente nos seguintes locais: a) frentes de lavra; b) pontos de transferência; c) pontos de carregamento de minério em correias transportadoras e d) onde existam fontes de ignição. 2.29.1.2 - As medidas preventivas serão: a) nas frentes de lavra: umidificação das operações que possam gerar poeiras; b) nos pontos de transferência e nos pontos de carregamento: umidificação; neutralização com material inerte ou lavagem periódica em intervalos de tempo a serem determinados para cada local, das paredes, teto e lapa e c) nos locais onde existam fontes de ignição: isolamento da fonte umidificação ou neutralização com material inerte.

5.4 Temperatura e Umidade

aplicação de alguns métodos para aquecer, esfriar, umidificar e desumidificar

Além da qualidade do ar que inclui o controle de gases tóxicos ou explosivos e poeira, outro fator para o condicionamento do ar é o controle da temperatura e umidade. Para o controle da temperatura e umidade em uma mina subterrânea é necessária a

5.4.1 Processos de Transferência de Calor

Existem vários processos para transferência de calor, entre eles estão:

Outros sistemas são o cooling coil, o spray e o shell-and-tube

Refrigeração e resfriamento evaporativo são processos de transferência de calor de um local para outro. Estes processos utilizam fluidos refrigerantes. O objetivo do fluido refrigerante é absorver o calor de uma fonte. A amônia é utilizada como fluido refrigerante devido ao seu baixo custo, sendo empregada na superfície. Nas minas subterrâneas podem ser empregados freon, água gelada entre outros refrigerantes. A torre de resfriamento é outro processo que utiliza um aparelho de troca de calor com líquidos frios, geralmente água.

5.4.2 Psicometria

O psicômetro é um aparelho que serve para avaliar a quantidade de vapor contida na atmosfera. O controle do processo de temperatura e umidade é feito utilizando propriedades psicométricas. As propriedades psicométricas como pressão de vapor, umidade específica, grau de saturação, volume específico entre outros são encontrados em tabelas e gráficos psicométricos.

5.5 Controle da Quantidade

perigoso em uma mina subterrânea. Esta relação é a seguinte:

Há uma relação que determina a quantidade de ventilação necessária para diluir o ar

Onde:

Qg : é a taxa de contaminante;

Bg : é a concentração do contaminante;

TLV, Threshold Limit Values: é o valor limite para concentração do contaminante.

Outra relação que determina a quantidade de ar necessária nos locais de trabalho quando se conhece a velocidade do ar (V) e a área (A) é a seguinte:

(Parte 4 de 5)

Q = V* A De acordo com a NR 2, as quantidades de ar devem obedecer a alguns critérios que estão relacionados abaixo. 2.24.6 - Nos locais onde pessoas estiverem transitando ou trabalhando, a concentração de oxigênio no ar não deve ser inferior a dezenove por cento em volume. 2.24.7 - A vazão de ar necessária em minas de carvão, para cada frente de trabalho, deve ser de, no mínimo, seis metros cúbicos por minuto por pessoa. 2.24.7.1 - A vazão de ar fresco em galerias de minas de carvão constituídas pelos últimos travessões arrombados deve ser de, no mínimo, duzentos e cinqüenta metros cúbicos por minuto. 2.24.7.2 - Em outras minas, a quantidade do ar fresco nas frentes de trabalho deve ser de, no mínimo, dois metros cúbicos por minuto por pessoa. 2.24.7.3 - No caso da utilização de veículos e equipamentos a óleo diesel, a vazão de ar fresco na frente de trabalho deve ser aumentada em três e meio metros cúbicos por minuto para cada cavalo-vapor de potência instalada.

2.24.7.3.1 - No caso de uso simultâneo de mais de um veículo ou equipamento a diesel, em frente de desenvolvimento, deverá ser adotada a seguinte fórmula para o cálculo da vazão de ar fresco na frente de trabalho:

QT = 3,5 ( P1 + 0,75 x P2 + 0,5 x Pn ) [ m³/min]

Onde: QT = vazão total de ar fresco em metros cúbico por minuto

P 2 = potência em cavalo-vapor do equipamento de segunda maior potência em operação

Pn = somatório da potência em cavalo-vapor dos demais equipamentos em operação

2.24.7.3.2 - No caso de desenvolvimento, sem uso de veículos ou equipamentos a óleo diesel, a vazão de ar fresco deverá se dimensionada à razão de quinze metros cúbicos por minuto por metro quadrado da área da frente em desenvolvimento. 2.24.8 - Em outras minas e demais atividades subterrâneas a vazão de ar fresco nas frentes de trabalho será dimensionada de acordo com o disposto no Quadro I, prevalecendo a vazão que for maior.

Determinação da vazão de ar fresco conforme disposto no item 2.24.8 a) Cálculo da vazão de ar fresco em função do número máximo de pessoas ou máquinas com motores a combustão a óleo diesel

Onde:

= vazão total de ar fresco em m3 /min

= quantidade de ar por pessoa em m3 /min

(em minas de carvão = 6,0 m3 /min; em outras minas = 2,0 m3 n1 = número de pessoas no turno de trabalho

Q 2 = 3,5 m n2 = número total de cavalo-vapor dos motores a óleo diesel em operação b) Cálculo da vazão de ar fresco em função do consumo de explosivos

QT = 0,5 x A [m³/min] / t

Onde:

QT = vazão total de ar fresco em m3 /min

A = quantidade total em quilogramas de explosivos empregados por desmonte t = tempo de aeração (reentrada) da frente em minutos c) Cálculo da vazão de ar fresco em função da tonelagem mensal desmontada

QT = q x T [m³/min]

Onde:

QT = vazão total de ar fresco em m3 /min q = vazão de ar em m3 /minuto para 1.0 toneladas desmontadas por mês

(mínimo de 180 m3 /minuto/1.0 toneladas por mês)

T = produção em toneladas desmontadas por mês.

Quando se define a quantidade de ar nos locais de trabalho é necessário criar uma diferença de pressão na mina para que se inicie o fluxo. Em minas modernas, o fluxo de ar é função apenas dos ventiladores, considerando que a ventilação natural, quando existe, não é suficiente para assegurar a quantidade de ar necessária à mina.

6 CIRCUITOS BÁSICOS DE VENTILAÇÃO

da temperatura.Sua outra função é a exaustão do pó presente nas frentes de lavra

Além da ventilação natural, existem outros dois circuitos de ventilação: ventilação principal e ventilação secundária. 1 - Circuito principal: Utiliza os ventiladores principais que irão forçar o ar através do circuito de ventilação. Este circuito é formado por galerias de entrada de ar, galerias de retorno de ar impuro, e os tapumes, paredes, portas, pontes e reguladores que completam o sistema. 2- Circuito secundário: Utiliza os ventiladores, dutos e exaustores que transportam o ar nos painéis, nas frentes de trabalho. O circuito principal de ventilação tem como função conduzir o ar novo até as frentes de trabalho mais distantes na quantidade suficiente para atender as necessidades, deve-se levar em consideração que para isso será necessário superar as resistências ao deslocamento do ar através das galerias e nos obstáculos como máquinas, obstruções por entupimento de galerias. Quanto maior for a resistência ao deslocamento do ar menor será a quantidade de ar impulsionada pelo ventilador.Outra função do circuito principal é a exaustão do ar impuro e pó das frentes de lavra, retornando pela galeria de reconhecimento e saindo pelo poço. A respeito do circuito secundário, este apresenta como função a condução através de dutos do ar puro e refrigerado pela plantas até as frentes de trabalho. Este ar que é conduzido será utilizado na respiração do homem, diluição dos gases e diminuição

6.1 Portas de Ventilação

O circuito principal de ventilação é um canal contínuo formado por galerias escavadas pelo desenvolvimento ou mesmo nos painéis, como as galerias são ligadas uma nas outras por travessas, para formar o tal canal, as travessas devem ser fechadas com cortinas, tapumes ou paredes. Para permitir o acesso de um canal para outro em alguns locais são colocadas às portas. Porque em algumas travessias existem duas ou mais portas?

essas devem ser comunicadas ao setor de ventilação imediatamente

Nos locais onde a pressão do ar é muito alta, como próximo aos ventiladores principais, a abertura de uma porta provoca um curto circuito entre o canal de entrada e o canal de saída, perdendo-se uma quantidade muito grande de ar. Nestes casos usam-se duas ou mais portas desta forma quando se abre uma, há pelo menos outra fechada evitando o curto circuito. Por isto nunca se deve abrir duas portas ao mesmo tempo. Para diminuir a pressão exercida pelo ventilador nas portas, usamos janelas de descompressão nas mesmas, com isto, você fará menos esforço para abri-la. Não podemos esquecer que estas “janelas de descompressão” devem ficar fechadas depois da passagem pelas portas, senão irão ocorrer fugas de ar e seus colegas que trabalham nas galerias mais distantes irão sofrer com a deficiência de ar. Abrir a janela de descompressão e olhar se a outra porta está fechada, caso esteja passando pessoas esperar que a porta se feche só então abrir a primeira porta. Puxar ou empurrar a porta com cuidado fechando vagarosamente a mesma para que esta não bata evitando danificá-la. No caso do descumprimento dessas instruções a mina ficará passível dos seguintes problemas: No caso de uma porta aberta, um buraco aberto na parede, a quebra e o abandono de um caminhão ou material que obstrua a passagem de ar. Isso poderá ocasionar uma piora nas condições de trabalho de um colega que esteja atuando nas galerias mais distantes, pela falta de oxigênio, pelo aumento da temperatura, pelo aumento da poeira. Portanto, é necessário que as instruções sejam seguidas corretamente uma vez que mau uso dos equipamentos de ventilação pode acarretar consequências gravíssimas. Caso sejam constatadas condições anormais no sistema de ventilação

6.2 Circuitos

Os circuitos de ventilação são semelhantes aos circuitos elétricos. As leis desenvolvidas pelo físico Kirchhoff são aplicadas no circuito de ventilação assim como a Lei de Ohm e a Equação de Atkinson. Há duas formas básicas nos caminhos do ar em um sistema de ventilação e uma combinação das mesmas.

6.2.1 Em série

os diferentes trechos tenham a mesma quantidade de ar fluindo

Nestes circuitos a quantidade de ar que flui em caminhos diferentes é a mesma. Quando há dois resistores ligados em série, tem-se, conforme mostrado na figura abaixo. Em um sistema de ventilação um circuito em série é definido como um circuito onde

Fig. 1: Modelo de circuitos conectados em série

Req = Ra + R b

Qeq = Qa = Q b

b

Peq = Pa + P

6.2.2 Em paralelo

Nestes circuitos os caminhos percorridos pelo ar são conectados em paralelo e a vazão do ar é dividida entre os caminhos.

os dois elementos a uma mesma diferença de potencial

Segundo Halliday et all (1996), dois elementos de um circuito associado em paralelo pode-se passar por apenas um elemento e o escoamento da carga é dividido entre

1 = 1 + 1

Figura 1: Circuito em paralelo vReq v Ra v R b

Peq = Pa = PQeq = Qa + Q

b

6.3 Fluxo de ar em um circuito

Existe uma proporcionalidade entre a diferença de pressão e quantidade de fluxo de ar. A ventilação possui uma lei básica de proporcionalidade, sendo:

Onde: H é a diferença de pressão Q é o fluxo de ar ou vazão do ar. Através de um gráfico pode-se solucionar alguns problemas de ventilação em minas, fixando a pressão em função da quantidade do fluxo de ar. Relacionando-se estes dados com as características dos ventiladores, obtem-se o ponto ideal de operação da mina. Determina-se um ponto da curva assumindo um fluxo de ar e calculando a pressão. A relação entre a vazão do ar e a pressão em diferentes pontos, é dada pela equação:

A proporcionalidade vista entre a pressão e a quantidade de fluxo de ar, pode ser expressa incluindo uma constante devido à resistência R encontrada no caminho do fluxo de ar. Esta proporcionalidade é representada pela equação:

H = R.Q 2

A resistência R, calculada em N. s²/ m8 , é obtida segundo a expressão:

R = [K. P.(L + Le )] / A

Onde

K coeficiente de fricção (N.s2/m4 ) obtido por tabelas ou empiricamente;

P perímetro do duto (m);

(Parte 5 de 5)

A área da seção do duto (m2 );

L é o comprimento do duto (m); Le é o incremento do tamanho do caminho do ar devido às perdas pelo shock loss (m). O shock loss é causado pela troca de direção do fluxo de ar, da área do duto e alguma obstrução, constituindo entre 10 e 30 % das perdas de pressão em um sistema de ventilação. Em sistemas de ventilação são possíveis combinações de caminhos do ar, em série ou paralelo. Equivalente a estas combinações duas leis desenvolvidas pelo físico Kirchhoff para circuitos elétricos são utilizadas em circuitos de ventilação: a Primeira e Segunda Lei de Kirchhoff: A Primeira Lei de Kirchhoff (Lei dos Nós): "Em qualquer nó, a soma das correntes que o deixam é igual à soma das correntes que chegam até ele".

Observe na figura abaixo, que i1 +i2 = i3 .

Figura 2: Representação da 1º lei de Kirchhoff Segunda Lei de Kirchhoff (Lei da Malhas):

“A soma algébrica das variações do potencial, encontrada em todos os pontos ao longo de um percurso completo do circuito, deve ser igual a zero.” (Lei das Malhas)

Observe na abaixo ao lado que Va + e – ir – iR = Va e – ir – iR

= 0

Figura 3: Circuito elétrico

7 DETERMINANDO OS VENTILADORES E A CAPACIDADE DOS SISTEMAS 7.1 Comparando Ventiladores em um Sistema de Ventilação

e por isso apresenta apenas uma curva característica

Curvas de trabalho características de ventiladores são fornecidas pelos fabricantes. Destas curvas podem ser retiradas importantes informações. Em poucos minutos o projetista pode obter o correto ventilador para a mina comparando curvas características de vários ventiladores. A capacidade do ventilador deve ser compatível com sua utilização. Um ventilador muito pequeno pode não fornecer a pressão e volume necessários, um ventilador muito grande desperdiça energia elétrica, pois o sistema é inadequado ao seu rendimento. Um ventilador pode ser relacionado a um dado sistema de ventilação através de sua curva característica. As curvas mostram a relação entre as cargas impostas sobre o ventilador e o rendimento em termos de volume de ar por unidade de tempo. Quando a carga aumenta, o rendimento diminui. Primeiramente, a carga sobre o ventilador é devida ao atrito entre o ar e os condutos de ar. A carga é a energia necessária para superar a contrapressão de um duto de ventilação ou corrente de ar na mina. A figura abaixo ilustra a curva característica e a curva de potência de um ventilador Joy A10A 37.3 kW. 743 m Axivane. Este ventilador permite um único ajuste na pá

Figura 4: Curva Característica e Curva de Potência de um ventilador Joy A10A 37.3 kW 743 m Axivane.

um elevado consumo de energia elétrica pode danificar o ventilador

Na primeira curva, para uma dada pressão o ventilador produz certa quantidade de ar. O ponto de operação é o ponto em que a capacidade do ventilador é exatamente aquela exigida por uma determinada pressão e conduto de ar. A linha tracejada na curva indica uma região de ineficiência de operação. A depressão no gráfico representa uma região onde não se deve operar o ventilador, pois além de causar Na segunda curva é mostrada a quantidade de energia consumida para uma determinada taxa de rendimento do ventilador. O ponto de interseção entre a vertical do ponto de operação e a curva de potência representa a energia consumida, que pode ser lida estendo uma horizontal até o lado esquerdo do gráfico. A linha tracejada nesta curva representa a região onde o ventilador está operando em condições de ineficiência. Nem todos os ventiladores comportam-se como o mostrado na figura 1. Alguns ventiladores possuem vários ajustes na pá e cada ajuste tem sua própria curva característica e curva de potência. Para ilustrar este fato, a figura 1.2 mostra o gráfico de um ventilador Joy 14.9 kW, que possui diâmetro da pá de 641 m, diâmetro do eixo de 445 m e velocidade de rotação de 3450 rpm. No gráfico as linhas contínuas são as curvas características e as linhas tracejadas as curvas de potência. Os diferentes ajustes de pá permitem que o ventilador seja adaptado para uma larga série de aplicações, com algumas limitações referentes a energia, pois não se pode ajustar a pá de forma que a exigência

de energia seja maior que a capacidade do motor (em kW) e tamanho do motor, pois existe uma limitação para o tamanho físico do motor que pode ser instalado dentro de uma carcaça. A curva de ajuste máximo para instalação do motor internamente está representada no gráfico. O gráfico não mostra a região de ineficiência, embora esta região possa existir, pois tornaria o gráfico muito confuso.

Figura 5: Curvas Características e Curvas de Potência para o Ventilador Joy 14.9 kW

43 7.2 Instalação de Múltiplos Ventiladores

Quando grandes volumes e altas pressões de ar são exigidos, mais de um ventilador pode ser necessário para atingir o rendimento desejado. Os dois principais tipos de instalação de múltiplos ventiladores são conhecidos como sistemas em série e sistemas em paralelo. Ventiladores em Série: Colocando dois ou mais ventiladores em série permite que a pressão total desenvolvida por um seja somada a pressão total desenvolvida pelos outros. O primeiro ventilador gera uma pressão até certo nível, o segundo adiciona sua pressão e a pressão total é a soma de cada pressão individual. O mesmo acontece para cada ventilador em série. Dobrando a pressão para cada ventilador em série não significa que o fluxo será dobrado, embora o fluxo seja maior que o fluxo produzido por um único ventilador. A figura seguinte mostra o ponto de operação para dois ventiladores combinados em série.

Figura 7: Curva de pressão combinada sobreposta a curva característica de dois ventiladores em série no ajuste nº 12.

O ajuste de pá ótimo é obtido traçando a curva característica para cada ajuste. O ponto de operação ótimo será aquele que produzir o melhor rendimento e que não ultrapasse o limite de energia de cada ventilador. Este resultado pode ser obtido observando as curvas de ajuste de pá nº 10 e 8 ilustradas na figura abaixo.

Figura 6: Curva de pressão combinada sobreposta a curva característica de dois ventiladores em série nos ajuste nº 10 e 8.

Arranjos diferentes de diferentes ventiladores devem ser investigados para se ter a melhor opção para instalação do sistema de ventilação. Existe uma dificuldade para instalação de ventiladores em série em um duto quando estes são separados por uma longa distância. Primeiro, os ventiladores não podem ser colocados na direção do fluxo nos dutos, a menos que os dutos sejam de tubulações de metal rígido. Se um ventilador a favor do fluxo for iniciado antes de um ventilador contra o fluxo, a tubulação entre os ventiladores será submetida a um vácuo suficiente para causar o colapso do duto. Isto pode ser evitado iniciando os ventiladores na seqüência apropriada e pela instalação de um bypass mecânico que impeça a formação do vácuo. A maneira mais segura de usar ventiladores em série, se interruptores não são fornecidos, é colocá-los costas com costas. O único inconveniente deste arranjo é que a pressão total necessária para superar o atrito no duto deve ser desenvolvida em um único ponto, criando mais altas pressões no duto que aquela criada se os ventiladores estivessem espaçados ao longo do duto. Pressões mais elevadas causam danos a tubulação e conseqüente perda de volume de ar, necessitando reparos mais freqüentes se a eficiência necessita ser mantida. Por outro lado este sistema permite que adições no comprimento do duto sejam feitas sem maiores problemas. Teoricamente, os ventiladores não precisam ter a mesma capacidade para serem colocados em série. A figura abaixo mostra as curvas características para dois ventiladores com capacidades diferentes. A curva do ventilador menor está ilustrada nos ajuste de pá nº 12 e 10. Para o ajuste nº12 o ventilador não pode ser usado, pois sua curva intercepta a curva do ventilador maior na área de depressão, onde o ventilador não pode ser operado. O ajuste nº10 permite a utilização do arranjo, no entanto é importante notar que, se a curva de pressão interceptar a curva característica a esquerda da área sombreada o ventilador maior não deve ser operado, e se interceptar a curva

característica a direita da área sombreada, ela interceptara apenas a curva do ventilador maior, e o menor não contribuirá em nada no sistema. O ideal é que a curva de pressão intercepte as curvas características passando pela área sombreada, que é a região de possível operação em série. Ventiladores em Paralelo: Como a mina começa a estender-se ao longo do corpo de minério, torna-se altamente difícil usar dutos para ventilar galerias ativas a partir do shaft de ventilação central. Isto é particularmente verdadeiro quando não existe um nível inferior desenvolvido como um retorno fechado para o ar da mina. Onde o nível inferior existe para drenagem, transporte e ventilação são relativamente fáceis induzir um fluxo de ar dentro da mina pelo shaft central através do posicionamento de um ventilador principal de alta capacidade entre os níveis da mina e o nível inferior. O único problema com este tipo de arranjo é manter o desenvolvimento do nível inferior. Minas que não tem um nível inferior separado devem contar com furos de sonda para a ventilação primária. Como o custo de tais furos varia de acordo com o diâmetro do furo, os menores furos serão escolhidos. Como é desejável produzir a maior quantidade de fluxo possível, muitas minas subterrâneas têm empregado arranjos de três ventiladores lado a lado. Neste tipo de aplicação os ventiladores são colocados em paralelo, isto é, cada ventilador é responsável por uma porção do fluxo total. A figura abaixo ilustra as curvas características para um único ventilador, para dois e três ventiladores em paralelo. Considerando que a passagem de ar é feita por dutos de mesmo diâmetro e mesma profundidade, mas com os fatores de atrito diferentes. Observando a interseção da curva de menor K com a curva característica é possível notar que o rendimento cresce com o aumento do número de ventiladores, no entanto, o aumento de rendimento provoca um aumento do consumo de energia, desta forma podemos observar na tabela seguinte que a razão entre rendimento/consumo de energia cai com o aumento do número de ventiladores. A situação é semelhante para a curva com maior K, a única variação está no fato de dois ventiladores apresentarem maior rendimento do que três, isto acontece porque a curva do furo intercepta a curva de três ventiladores na região imprópria para operação. É importante ressaltar que, independente do número de ventiladores e do tipo de sistema, o principal é investigar todas as possibilidades e avaliar qual a situação ótima para o sistema de ventilação.

47 Figura 7: Operação característica para dois arranjos de ventiladores paralelos.

8 OPERANDO O SISTEMA DE VENTILAÇÃO 8.1 Ventiladores

ar pelo movimento das lâminas

Basicamente, existem dois tipos de ventiladores: centrífugos e axiais. Os ventiladores centrífugos são aqueles em que o ar é levado para o interior do conjunto rotor e palhetas e liberado radialmente à armação. Vários ventiladores têm este conjunto rotor/palhetas que se assemelham a um rotor de um motor de indução, consistindo de várias pequenas lâminas curvas. Os ventiladores axiais são classificados em dois tipos, e ambos consistem de um conjunto rotor/palhetas em uma carcaça cilíndrica com lâminas aerodinâmicas para causar fluxo de ar através de um ventilador em uma direção axial. A diferença entre os dois tipos é que no ventilador axial de hélice existem hélices estacionárias para fortalecer o fluxo de ar e recuperar alguma energia rotativa, concedendo esta para o

8.1.1 Ventiladores centrífugos

Os ventiladores centrífugos operam como bombas de ar. A base rotativa da roda, o rotor ou o conjunto rotor/palhetas transmite trabalho ao ar, concedendo a este ar energia estática e cinética em proporções diferentes dependendo do tipo de ventilador, ou seja, é um tipo de conversão de energia rotativa dinâmica em energia axial e/ou radial dinâmica. As figuras abaixo mostram ventiladores centrífugos usados em um projeto de ventilação. Na maioria dos casos, no dimensionamento de ventiladores devem-se desconsiderar os efeitos de compressão do ar. Esta consideração é feita considerando o desempenho do ventilador bem como sua aplicação. Existem duas ações separadas e independentes que geram pressão em um ventilador centrífugo: a força centrífuga devido à rotação do ar, e a energia cinética concedida à medida que o ar parte da extremidade das lâminas. A quantidade de energia cinética desenvolvida depende basicamente da velocidade tangencial das lâminas (Vt ), enquanto que a energia centrífuga (estática) é função do aumento da velocidade tangencia do ar (Va ) entrando e saindo o conjunto rotor/palheta. O

principais e exposição e afastamento do conjunto rotor/palhetasFigura 10: Modelo de Ventilador Centrífugo

trabalho realizado sobre o ar no ventilador é proporcional à velocidade tangencial, sendo que nenhum trabalho é necessário para produzir a velocidade radial. As variáveis a serem consideradas para o dimensionamento de ventiladores centrífugos são: curvatura das lâminas, número de lâminas, forma das lâminas, profundidade radial das lâminas, comprimento axial das lâminas, entradas (número, forma e tamanho), diâmetro do rotor, largura do ventilador, carcaça, hélices

Abaixo estão descritos alguns modelos de ventiladores Centrífugos:

a) Centrífugo, pás para trás - Possui duas importantes vantagens: 1ª - apresenta maior eficiência e auto-limitação de potência. Isso significa que, se o ventilador está sendo usado em sua máxima potência, o motor não será sobrecarregado por mudanças de sistema de dutos. É um ventilador de alta eficiência e silencioso, se trabalhar num ponto adequado.

Figura 1: Centrífugo com pás para trás b) Centrífugo, pás radiais - Um ventilador robusto, para movimentar efluentes com grande carga de poeira, poeiras pegajosas e corrosivas. Apresenta menores possibilidades de "afogar", sendo usado para trabalhos mais pesados. A eficiência desse tipo de ventilador é baixa, e seu funcionamento, barulhento.

Figura 12: Centrífugo com pás radiais

c) Centrífugo, pás para frente - Mais eficiente, possui maior capacidade de exaustão a baixas velocidades, e não é adequado para trabalhos de alta pressão nem para altas cargas de poeira, apresentando problemas freqüentes de corrosão, se mal utilizado.