Calor en las minas y Psicrometría

IMPORTANCIA:

• El calor en las minas es un asunto muy importante porque reduce la eficiencia de los trabajadores y puede convertirse en la limitante al crecimiento de una mina.

• Fuentes contribuyen en grado variable al contenido de calor en la mina:

• Autocompresión del aire en tiros el calor de la roca, el agua subterránea, la utilización de equipos electromecánicos, oxidación y voladuras. Otra fuente es el metabolismo humano.

DILUCION DEL CALOR

La dilución de calor con aire no siempre funciona debido al contenido de vapor de agua del aire fresco o a la evaporación del agua de la mina que se incorpora al aire fresco en su tránsito por la mina. Aquí entramos en el terreno del aire acondicionado, en el que para tener condiciones ambientales adecuadas hay que controlar la temperatura y humedad del aire además de su caudal; para esto hay que determinar las relaciones entre temperatura, humedad y transferencia de calor por medio de la psicrometría.

Compresión adiabática o autocompresión

En tiros y obras mineras sensiblemente verticales conforme aumenta la profundidad aumenta la densidad del aire. El peso mismo de una columna de aire en tiros ocasiona una compresión del aire en el fondo de la columna que viene acompañada por un aumento en la temperatura del aire, es decir el aire se auto comprime. Se realiza adiabáticamente, sin ganancia o pérdida de calor, se supone también que el vapor de agua en el aire no cambia, no hay fricción en el flujo de aire y no hay transferencia de calor entre el aire y las paredes del tiro. En la realidad cambia el contenido de vapor, calor y hay fricción.

Calor de la roca

Los cambios de temperatura en superficie afectan la temperatura de la roca hasta una profundidad de unos 15 m. A partir de esa profundidad aumenta la temperatura de la roca uniformemente conforme aumenta la profundidad. Este aumento es conocido como el gradiente geotérmico y es diferente para cada distrito minero. El gradiente es afectado por la edad de las rocas y por la cercanía a actividad volcánica y a aguas termales.

Agua subterránea

El agua subterránea es una fuente importante de calor en las minas; en siete minas calientes el agua aporta todas las fuentes de calor latente y 20 % del 80% del calor total ganado por el aire. Se pueden añadir grandes cantidades de calor al aire al evaporarse el agua de barrenación, la que se decanta en el relleno con jal y el agua usada para mojar rezaga de voladuras o para lavar obras.

Equipo electromecánico

Todos los equipos electromecánicos al trabajar producen calor que se transmite al aire de la mina. Al trabajar el equipo diésel genera calor. El calor producido equivale al 90 % del poder calorífico del combustible.

Los equipos eléctricos o electrohidráulicos producen trabajo más eficientemente que el equipo diésel desde el punto de vista de generación de calor.

Todos los equipos eléctricos aportan calor, aun los ventiladores. Un 4 % de la energía de las subestaciones eléctricas se disipan como calor.

Oxidación

La oxidación de mineral, sobre todo de sulfuros, madera y del cemento añadido al relleno con jal producen calor, pero es difícil cuantificarlo o medirlo directamente; se sabe que en algunos casos produce combustión espontánea.

Voladuras

En las disparadas se estima que entre el 50 al 90 % de la energía generada se disipa como calor, buena parte del calor es absorbido por la roca.

Psicrometría

El mejor medio del que disponemos para deshacernos del calor y la humedad generados en la mina es por medio de los flujos de ventilación.

Por esta razón es necesario entender a través de la psicrometría el comportamiento y capacidad del aire para transportar los incrementos de calor y humedad hasta su punto de disposición. La psicrometría es la ciencia que trata con las propiedades de las mezclas de aire-vapor de agua bajo condiciones atmosféricas normales, propiedades conocidas como psicométricas, cómo se interrelacionan entre ellas, los cambios a que pueden estar sujetas las atmósferas, cambios como compresión, expansión, calentamiento o enfriamiento. Por lo tanto la psicrometría trata con la termodinámica de las mezclas de aire y vapor de agua.

La medición de la temperatura y humedad del aire y de la presión barométrica forman parte de la psicrometría, el conocer algunas propiedades psicométricas del aire nos permite calcular las demás.

Las dos propiedades psicrométricas más comunes y fáciles de medir son las temperaturas de bulbo seco y bulbo húmedo. De las propiedades, la que es esencial en cálculos de procesos psicrométricos es la entalpia.

Cualquier atmósfera es una mezcla de aire y vapor de agua que es caracterizada por las temperaturas de bulbo seco, bulbo húmedo y punto de rocío. Una atmósfera que no contiene todo el vapor que puede contener a la presión dada es una atmósfera no saturada.

Propiedades psicrométricas

Temperatura de bulbo seco (tdb). Es la temperatura indicada por un termómetro convencional en °C o °F. Es una medida del calor sensible y de la energía cinética de las moléculas del gas.

Temperatura de bulbo húmedo (twb). Es indicada por un termómetro convencional cuyo bulbo está cubierto con una tela de seda o algodón humedecida con agua, en °C o °F y es una medida de la capacidad evaporativa del aire.

Temperatura de punto de rocío (tdp). Es la temperatura a la cual se condensa el agua, es una temperatura de saturación y se mide en °C o °F y depende de la presión del vapor de agua.

Cuando una atmósfera contiene todo el vapor de agua que puede contener a la presión a la que está sujeta, se dice que es una atmósfera saturada y en ella se pueden medir tres temperaturas: las de bulbo seco, bulbo húmedo y de punto de rocío y las tres son iguales.

Tablas psicrométricas

Con el punto de estado, se pueden determinar las demás propiedades; sin embargo las tablas son para atmósferas secas o saturadas, las propiedades psicrométricas de atmósferas intermedias, húmedas, se deben calcular por fórmula a partir de las propiedades de atmósferas secas o saturadas.

Cartas psicrométricas

Son representaciones gráficas que relacionan las propiedades psicrométricas y permiten leerlas gráficamente.

Procesos psicrométricos básicos

El término aire acondicionado quiere decir que a un flujo continuo de aire se le modifica su contenido de calor y humedad. Al ocurrir eso cambia la densidad del aire, por lo que en aire acondicionado no es conveniente hablar en términos de caudal, sino del peso, G, de ese caudal

El cambio de calor en un proceso implica cambio de los calores sensible y latente. Un aumento o disminución en la temperatura de bulbo seco modifica el contenido de calor sensible.