Treinamento de ventilação

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1 Treinamento de ventilação
1 -Finalidades Ventilar uma mina tem como objetivo assegurar em todos os lugares de trabalho uma circulação natural ou artificial de ar em quantidade suficiente para manter as condições necessárias de higiene e segurança. Uma mina com ventilação deficiente torna as condições ambientais precárias para os operários e equipamentos e para a empresa representa perda de produtividade. A ventilação é necessária para: - Permitir a manutenção do oxigênio para os operários. - Suprir os gases tóxicos produzidos pela detonação de explosivos. - Evitar a formação de misturas explosivas de Gás – Ar. - Eliminar concentração nociva de pó em suspensão. - Reduzir a temperatura em lugares quentes. - Diluir gases formados pelos equipamentos com motores a diesel.

2 2 - Atmosfera da mina O ar atmosférico é formado por:. 21% de oxigênio
 2 - Atmosfera da mina O ar atmosférico é formado por: * 21% de oxigênio * 78% de nitrogênio * 1% de gás carbônico e gases raros, além de vapor de água O ar atmosférico ao passar em uma mina, sofre alterações na qualidade dos seus elementos. O oxigênio diminui, aumentando o gás carbônico, o nitrogênio e o vapor de água. Além do mais se agrega ao ar diversos gases e pó Unidade de medidas ppm – parte por milhão 1 ppm de um determinado gás corresponde a 1 cm³ de gás por metro cúbico de ar respirado mg/m³ miligrama por metro cúbico de ar respirado.  mg/l Miligrama do gás por litro de ar respirado % por volume % do gás por volume do ambiente

3 2. 1. 5 - Conversões principais 1% = 10. 000 ppm 1 ppm = 0,0001 vol. 2
    Conversões principais 1% = ppm 1 ppm = 0,0001 vol Limite de tolerância Segundo as normas brasileiras (RN-15) o limite de tolerância de um gás no ambiente do trabalho é a máxima concentração, em média aritmética, que o trabalhador poderá respirar durante 48 horas semanais. Quando o teor dos gases de um ambiente estiver acima do limite de tolerância, teremos a caracterização de insalubridade Oxigênio É um gás que não tem cor, odor e sabor, com densidade igual a 1,11em relação ao ar. O homem trabalha melhor e trabalha mais facilmente quando o ar contém em torno de 21% de oxigênio. Quando a ventilação é deficiente, alguns lugares da mina podem ter pouco oxigênio e muito gás carbônico. A baixo de 19% já pode ser considerado impróprio quando se tratando de mina subterrânea.

4 2. 4 - Nitrogênio É um gás inodoro, incolor e insípido
2.4 - Nitrogênio É um gás inodoro, incolor e insípido. A fonte de aumento do conteúdo de nitrogênio no ar das minas são as seguintes: Putrefação de substâncias orgânicas Trabalho com explosivo Por ser mais leve que o ar, nos trabalhos em que não existe movimento de ar, ele se concentra nas partes mais altas. Quando se respira esse gás o ser humano fica asfixiado Gás carbônico – CO2 Gás sem cor, nem odor, com sabor geralmente ácido, densidade de 1,56 com relação ao ar. O gás carbônico é estimulante da respiração, ou seja, é fisiologicamente ativo e não pode ser classificado entre gases inertes, por não ser altamente tóxico. Com 0,5% de concentração desse gás já é preocupante e com 10% o homem não resiste a poucos minutos. O seu limite é de 0,39% ou 3900ppm Monóxido de carbono – CO É um gás sem cor, nem sabor, nem odor, possuindo densidade de 0,97 em relação ao ar. Explode quando se encontra com o ar em uma porcentagem de 13% a 75%. Se respirado em concentrações de 0,20% causa inconsciência em poucos minutos. A periculosidade desse gás está ligada diretamente ao tempo de exposição. O seu limite é de 39ppp ou 0,0039%.

5   Óxido de nitrogênio NO – NO2 Estes gases se formam nas minas por combustão de detonações de explosivos. Também são componentes dos gases de escape dos motores a diesel e gasolina. Geralmente forma-se primeiro o óxido nítrico – NO que combinado com o oxigênio do ar, se transforma imediatamente em bióxido de nitrogênio – NO2. O NO2 é um gás de cor amarronzada, odor penetrante e densidade de 1,58 em relação ao ar. A sua ação tóxica ataca as via respiratória e especialmente os pulmões. Quando em concentrações de 0,010% a 0,015% é perigoso a pequenas exposições e quando em concentrações de 0,020% a 0,070% é fatal ao homem. O seu limite de tolerância é de 0,0004% ou 4ppm Gás sulfídrico H2S É um gás sem cor, de gosto açucarado e odor de ovo podre. Seu peso específico é de 1,19, arde e forma uma mistura explosiva quando sua concentração chega a 6%. É facilmente solúvel em água. É mais venenoso que o monóxido de carbono. Com concentrações de 0,05% envenenamento em poucos minutos e quando com concentração de 0,10% morte rápida. O seu limite de tolerância é 8ppm Pó de mina É atualmente um dos principais problemas com que deparamos na ventilação de minas metálicas. O pó de mina é composto de partículas sólidas que estão presentes no ar, paredes e pisos dos trabalhos mineiros. O efeito do pó na saúde humana pode se definir como uma doença chamada de silicose.

6 Temperatura na mina subterrânea A temperatura do ar dentro da mina depende de vários fatores dos quais os mais importantes: Temperatura do ar exterior A influencia das variações da temperatura exterior, freqüentemente se faz sentir dentro da mina. Calor de compressão Aumento da temperatura do ar por calor de compressão durante a descida à mina. Influência da temperatura das rochas A temperatura das rochas vai aumentando, gradativamente, em função da profundidade. Influência da evaporação da água Em igualdade de pressão e demais condições, quanto maior a temperatura, maior será a quantidade de vapor de água. A temperatura efetiva é a relação entre a temperatura seca e a úmida. Uma temperatura efetiva de 32° é a ideal. Pode-se considerar a temperatura seca de 37 e úmida de 32°, para uma velocidade do ar 1m/s como muito bom para mina subterrânea. Influência da velocidade do ar Um operário não se sente bem em um ambiente com o ar parado, já que o calor produzido em seu corpo não se elimina bem. Seu rendimento aumenta com o aumento da velocidade do ar, porém não de forma linear.

7 Influência de outros fatores Outros fatores que transmitem calor para o ar da mina são: Trabalho com explosivo; tubulação de ar comprimido; motores elétricos; combustão de motores a diesel. Efeito de temperatura elevadas sobre o homem Em temperaturas elevadas o trabalho é sempre penoso e acarreta diminuição da produtividade, além de complicações em órgãos do corpo como um todo. Esse desconforte, pode vir seguido de tonturas, congestão, diminuição do apetite, etc Umidade relativa do ar É a relação entre o peso de vapor de água existente no ar e o peso de vapor de água possível, no caso de saturação na temperatura considerada. Em igualdade de pressão, e demais condições, quanto maior a temperatura, maior a quantidade de vapor. (se existe água). A umidade relativa varia em diversas minas e nas diversas partes da mina. Quando o ar entra em uma mina e é mais frio que as paredes desta, ele se aquece e a umidade relativa diminui. (a menos que haja evaporação presente). Se o ar admitido é mais quente que as paredes da mina, sua umidade relativa aumenta, e se ultrapassada a saturada, há deposição de água.

8 3 - Ventilação principal Apresentaremos de forma reduzida e simplificada todos os procedimentos para a execução de um projeto de ventilação em mina subterrânea. Os principais itens são os seguintes: Vazão de ar; limite de velocidade do fluxo de ar; distribuição do fluxo de ar;resistência da galeria; depressão do circuito; curva característica da mina; ventilador principal e ventilação natural Vazão de ar A vazão de ar necessária para uma mina subterrânea é calculada seguindo vários critérios, a partir de fórmulas empíricas.   Unidade de medida Q = V * A Onde: V = velocidade do fluxo de ar (m³/h; m³/min; m³/s; CFM ou PCM pés cúbico por minuto) A = área da galeria Conversão entre unidades 1 m³/s = 60 m³/min 1 m³/min = 60 m³/h 1 m³/min = 35,31 cfm

9 Métodos de cálculos Destacamos os principais critérios para o cálculo da vazão de ar. Números de operários: Q = q * N em m³/min N = n° de operários q = vazão específica/homem usar 2 a 6 m³/min/homem Produção diária: Q = q * P em m³/min q = vazão específica/ton/mês usar 180m³/min para cada tonelada mês P = produção em tonelada mês Consumo de explosivo: Q = (0,5 * A) / t Q = vazão em m³/min 0,5 = constante da norma regulamentadora A = peso de explosivo em kg t = tempo de retorno ao trabalho em minuto Equipamento com motor a combustão Q = n * q * HP * fs Q = vazão m³/min n = numero de equipamento q = vazão específica por HP HP = potência do motor a diesel em HP fs = fator de simultaneidade dos equipamentos obs. Usado nos cálculos de ventilação secundária na seguinte proporção: 100% da potência do mais potente, 75% do segundo maior e 50% para os demais.

10 3. 2 - Limite de velocidade do fluxo de ar 3. 2
3.2 - Limite de velocidade do fluxo de ar Galeria com transito de pessoal A velocidade deve ser entre 0,2 a 8m/s   Poços com transito de pessoal Limitar a 8m/s ou limitar ao que o skip está projetado.   Distribuição do fluxo de ar Determinado a vazão de ar necessário, se deve estudar a forma adequada de fazer e chegar o ar da superfície até as frentes de trabalho, de acordo com o sistema de ventilação adotado, e como recolher o ar viciado, determinando a forma e o lugar onde será descarregado na atmosfera. Também deve ter um cuidado especial com perdas de ar que se produzem em seu trajeto.   Sentido do fluxo de ar O sentido do fluxo de ar em uma mina subterrânea depende do sistema de ventilação adotado. São três os sistemas de ventilação: Insuflante O ventilador é instalado na entrada de ar (admissão) e eleva a sua pressão atmosférica. A entrada do ar puro é por galeria ou raise próprio para esse fim, enquanto que a saída do ar viciado é por rampa e ou poço de serviço com transito de equipamentos e pessoal.

11 Aspirante ou exaustor O ventilador é instalado na saída do ar (descarga), trabalhando por sucção e, portanto, mantendo todo o circuito em depressão, isto é, submetido a pressões inferiores á atmosférica. A entrada de ar é por rampa e ou poço de serviços, sendo a saída do ar viciado por galeria ou raise. É o circuito ideal porque possui ventilação independente em cada um dos níveis de produção ou setores da mina, ou seja, o que ventila os níveis ou setores não recircula, seguindo para o circuito de ar viciado. A contaminação provocada pela emissão de gases dos equipamentos que transitam pela rampa de serviço são facilmente diluídas pela vazão de ar puro que entra na mesma. Misto ou reforçador O ventilador é colocado no subsolo, recebendo o ar abaixo da pressão atmosférica e descarregando-o acima deste valor. O trecho a montante do ventilador é assim mantido sob depressão, ocorrendo o inverso a jusante do mesmo Distribuição natural É obtida quando as vazões circulantes se distribuem livremente pelos diversos ramos de cada malha, não atende, na maioria dos casos, as necessidades locais de ar, nem em termos de vazão, nem quanto a direção do fluxo de ar. Desta forma torna-se necessário, quase sempre, fixar as vazões que devem passar pelas diversas galerias da rede geral de ventilação, resultando uma distribuição controlada do fluxo de ar.

12 Distribuição controlada A distribuição controlada é realizada pelos dispositivos: Regulador de ar Efetua uma regulação no circuito de ventilação para obter o equilíbrio da depressão nos diferentes ramos, ou seja, aumentam a depressão com o aumento da perda de choque. Os reguladores podem ser instalados em paredes fixa ou em porta de ventilação. Parede de alvenaria ou madeira Cortam a passagem do fluxo de ar. Parede de alvenaria com porta de passagem de pessoal Corta a passagem do fluxo de ar, porém possui porta com sistema de comporta, permitindo o transito para medições ou fiscalizações, evitando a formação de curto-circuito. Porta de ventilação Corta a passagem do fluxo de ar, porém permite a passagem de equipamentos de pequeno e grande porte. Geralmente é utilizado duas portas em paralelos, sistema de comporta, para evitar curto-circuito Perdas de ar As perdas de ar durante o percurso, desde a entrada até as frentes de serviços alcançam, em certas minas, de 70% a 80% do volume total de ar. Para evitar as inevitáveis perdas de ar, a vazão do ventilador principal obtida nos cálculos, deve ser aumentada em uma porcentagem de acordo com o método de lavra, tipo de portas de ventilação ou paredes.

13 As perdas de ar nas minas se dividem em perdas locais e perdas distribuídas. Perdas locais São perdas de ar em paredes e portas de ventilação. As perdas de ar em paredes são as seguintes: dependendo do material utilizado e do acabamento classificá-las assim. Alvenaria rebocada – 0,5 m³/min/m² Alvenaria sem rebocada – 1,0 m³/min/m² Madeira – 2,0 m³/min/m² Os valores podem aumentar ou diminuir de acordo com a depressão. Perdas distribuídas Perdas distribuídas sobre certas distâncias. Através do espaço lavrado; nas instalações de ventiladores reforçadores; curto circuito é uma passagem do ar do circuito de ar puro pra o circuito do ar viciado, sem passar pelo circuito básico. Causas: - Abertura de porta de ventilação. - Abertura de comporta do poço de ventilação, na central de ventiladores. Efeitos: - Pode queimar o ventilador devido ao aumento repentino da vazão. - Diminuição da vazão de ar nas frentes de serviços.

14 3.4 - Resistência das galerias O fluxo de ar ao passar por uma galeria, sofre resistência com o atrito na parede. A resistência da galeria é expressa pela fórmula. R = resistência da galeria em polegada vezes minuto ao quadrado por pé a sexta. K = coeficiente de resistência aerodinâmico. L = comprimento da galeria em pés P = perímetro da galeria em pés A = área da galeria em pés quadrado A facilidade ou dificuldade de ventilação de uma galeria depende do valor de R, podendo reduzir-se diminuindo o valor de K ou aumentando a área. (com limitações econômicas) Coeficiente de resistência aerodinâmico Depende dos seguintes fatores: - Rugosidade das galerias; - Grau de curvatura; - Grau de obstrução; - Tamanho e forma da seção principal; - Densidade do ar. A determinação do coeficiente de resistência aerodinâmica é um passo muito importante em todo o projeto de ventilação.

15 3.5 - Depressão do circuito A circulação do fluxo de ar em uma mina é divido a diferença de pressão entre os pontos extremos de percurso (entrada e saída), que origina uma força aero-motriz. Essa depressão ou força aero-motriz que ele origina deve vencer todas as resistências (perdas de carga) oposta á passagem de ar ao longo de todo o percurso, sendo suprida por alguma forma de energia.   Unidades de medidas mmca = milímetro de coluna d`água “ ca = polegada de coluna d`água Pa = Pascal   Conversão entre unidades 1” ca = 25,4 mmca 1 Pa = 0,10204 mmca   Perda de carga estática (pressão estática) É a somatória entre a perda de carga por fricção e a perda por choque. Perda de cargo por fricção (atrito) R = resistência da galeria em polegada minuto ao quadrado por pé a sexta. Q = vazão de ar em cfm Entrando com os valores da fórmula da resistência (item 3.4), teremos:

16 Perda de carga por choque Causas: Variações das seções transversais Obstruções Junções ou partições de fluxo de ar Admissão e descarga do fluxo A perda por choque é transformada em comprimento equivalente (Le) de galeria. Perda de carga estática Pressão velocidade (pressão dinâmica) Corresponde á energia cinética dissipada quando o fluxo de ar é lançado na atmosfera. V = velocidade do fluxo de ar m/s d = densidade do ar (1,2 kg/m³) g = aceleração da gravidade = 9,806 m/s

17   Perda de carga total (pressão total) A perda de carga total ou pressão total é utilizada no dimensionamento de ventiladores Nó, ramo e malha de um circuito Nó É o ponto de interseção de três ou mais trechos de galeria. Em um nó pode ocorrer a junção de 2 (duas) ou mais corrente de ar, como a repartição de uma corrente por 2 (duas) ou mais galerias. Ramo Segmento de uma galeria compreendido entre dois nós. Malha É um circuito fechado qualquer Métodos de cálculos da depressão do circuito Nos cálculos de depressões do circuito utilizamos somente a perda de uma carga estática para cada ramo.

18 Método analógico Este método é uma analogia ao sistema elétrico
Método analógico Este método é uma analogia ao sistema elétrico. Circuito em série É um circuito formado por galerias dispostas de forma que por elas circule a mesma vazão. A perda de carga nos extremos é igual a soma das perdas de carga em cada galeria do circuito. Circuito em paralelo Duas ou mais galerias ficam compreendidas entre 2 (dois) nós comuns, ocorrendo a repartição do fluxo entre as mesmas no primeiro nó e a sua junção no outro. Método dos vários caminhos A maioria dos sistemas de ventilação que se projetam tem como objetivo principal fazer chegar uma determinada quantidade de ar nas frentes de serviços. Visto assim, encontramos uma repartição de ar conhecida, portanto, o cálculo se limitará a determinar qual a queda de pressão do sistema para dimensionar o ventilador que forneça a vazão total e depressão. O cálculo de sistema de ventilação quando são impostas as vazões, se efetua do seguinte modo: a) Se determina todas depressões dos caminhos possíveis. b) Se estuda os resultados de onde todas as depressões determinadas serão distintas; este estudo deve fazer-se investigando as possibilidades que existem para que todas as depressões sejam iguais. Normalmente será necessário colocar reguladores, aumentar área de algumas galerias, diminuindo o coeficiente de resistência aerodinâmica, fazendo galerias em paralelo ou soluções combinadas. O mais usual é colocar reguladores em paredes ou portões. c) Se elege o caminho com depressão maior e se regula o resto dos caminhos até obter sua depressão igual a maior.

19 3.6 - Curva característica da mina Qualquer galeria ou sistema formando um circuito de ventilação é representado pela fórmula: Orifício equivalente É um orifício redondo, imaginário, formado em uma parede delgada, através do qual pode passar a mesma vazão da mina, sempre que as diferenças de pressão reinante de um ou outro lado da parede seja igual a depressão da mina. O tamanho do orifício equivalente é dado pela fórmula: Onde: H = depressão da mina em mmca Q = vazão de ar da mina em m³/s O orifício equivalente define o grau de dificuldade de ventilação das minas, dividindo-se nos seguintes grupos: A = 0 a 1m² - ventilação difícil A = 1 a 2 m² - ventilação média A = 2 a 4 m² - ventilação fácil

20 3.8 - Ventilador principal Com o cálculo da vazão de ar, depressão do circuito e da curva característica da mina, teremos subsídios para o dimensionamento do ventilador principal de uma mina subterrânea. Antes do dimensionamento propriamente dito, iremos descrever os principais parâmetros de um ventilador de mina.   Partes importantes Um ventilador se define como uma máquina rotatória que expulsa ar de forma contínua. As partes importantes que compõe um ventilador e que afetam suas propriedades aerodinâmica são: Impulsor (hélices) É a parte do ventilador que ao girar movimenta o ar. Carcaça: É estacionária e guia o ar que passa pelo impulsor. Cone de entrada e difusor: Aumenta a eficiência do ventilador Classificação Quanto ao tipo, os ventiladores podem classificar-se em duas categorias principais: Radiais ou centrífugos O ar abandona o impulsor com direção de 90° em relação ao eixo do impulsor.

21 O impulsor pode ser de pás inclinadas para frente, pás radiais e pás para trás, proporcionando rendimentos diferentes. Os ventiladores com pás inclinadas para trás são mais eficientes que os outros tipos e o desenvolvimento de pás com superfícies de sustentação tem aumentado sua eficiência , chegando a valores próximos de 90%; com esta característica este tipo tem sido um sério rival para os ventiladores axiais. O ventilador radial pode gerar pressões mais elevadas que um ventilador axial. Sua principal limitação é a forma da carcaça. Axiais A forma como o ar passa através do ventilador se assemelha ao princípio de ação do parafuso-porca; o impulsor tem o papel de parafuso e o ar faz as vezes de porca. Ao girar o impulsor, o ar se desloca ao longo do eixo do ventilador; devido a este movimento o ar que sai do impulsor tem movimento de avanço e rotação. Um ventilador de fluxo axial possui impulsor com pás de seção com superfície de sustentação, acondicionado em carcaça resistente com aletas guias para retificar o movimento do ar e melhorar sua eficiência. Sua pouca capacidade de produzir pressão em relação aos radiais se supera agregando mais de uma etapa, tendo o inconveniente de aumentar o comprimento das instalações. Segundo suas funções os ventiladores se classificam em: Ventilador principal ou de superfície: Instalado normalmente na superfície para ventilar toda ou parte da mina. Ventilador reforçador: Instalado em uma galeria principal subterrânea para ajudar o ventilador principal a ventilar um circuito de alta resistência.

22 Ultimamente tem aumentado o número de ventiladores reforçadores devido a uma concentração dos trabalhos mineiros e ao aprofundamento destes, o que tem originado maiores depressões nos circuitos de ventilação. No princípio de sua utilização era instalado um ventilador reforçador, tipo axial ou radial, similar aos ventiladores de superfície; atualmente é comum encontrar verdadeiras baterias de ventiladores reforçadores do tipo axial, conectados em paralelo ou série, segundo as necessidades; com ele se tem conseguido uma simplificação das instalações já que os ventiladores axiais modernos são de propulsão direta e proporcionam uma maior flexibilidade ao poder parar ou colocar em marchas parte da bateria, facilmente, e de acordo com as experiências de operação da mina. Ventilador auxiliar: Instalados em trabalhos subterrâneos em conjunto com tubos para ventilar uma galeria de desenvolvimento. (em fundo de saco) O ventilador axial com propulsão direta, por ser mais compacto, é o preferido para ventilação auxiliar Potência do ventilador O ar que devemos mover através do circuito consume energia devido as perdas de pressão produzidas pela resistência do circuito.

23 Esta energia deve ser vencida pelo ventilador ao entrar em movimento, que por ser uma máquina perde energia por atrito em seus rolamentos, vibrações, etc. por sua vez o ventilador é movido por um motor, por intermédio de uma transmissão, a qual absorve energia e, por último o motor consume parte de sua energia por troca de temperatura, perdas nos rolamentos, etc. estas são as considerações que se devem tomar para calcular potência do motor. AHP = potência necessária para mover a vazão Q de ar no circuito com depressão H, em HP. BHP = potência do ventilador em HP R = rendimento do ventilador, segundo o tamanho, fabricante e o ponto de trabalho do ventilador, variando de 70% a 85% P = potência do motor em HP DE = eficiência da transmissão, variando em torno de 90% para transmissão por polia e correias, a 100% para transmissão direta. ME = eficiência do motor, variando entre 85% a 95%. ventilador, variando de 70% a 85%.

24 Lei do ventilador As leis do rendimento básico de qualquer ventilador se referem a forma mais adequada da velocidade de rotação, podendo determinar como afeta o volume de ar movido, a pressão capaz de produzir e a energia absorvida pelo ventilador. As relações são: Q = vazão de ar movida pelo ventilador N = velocidade de rotação do ventilador H = pressão capaz de entregar o ventilador P = potência necessária para mover o ventilador Vamos considerar que a resistência do sistema contra a qual está operando não muda, variando a velocidade do ventilador. Se produzem efeitos consideráveis no funcionamento deste. Suponhamos que a velocidade do ventilador é o dobro. Vazão de ar Onde,

25 A vazão que move o ventilador aumenta o dobro
A vazão que move o ventilador aumenta o dobro. Pressão Onde, A pressão aumenta 4 vezes. Potência Onde, A potência necessária aumenta oito vezes. Este aumento significativo é necessário realçar, ou seja, a decisão de aumentar a velocidade do ventilador tem efeitos consideráveis na energia requerida.

26 Curva característica do ventilador Iguais as galerias que formam o circuito de ventilação de uma mina, os ventiladores também podem ser representados no sistema de coordenadas H – Q mediante uma curva denominada característica do ventilador; é chamada característica porque se refere a uma máquina determinada, com dimensões geométricas e velocidade de rotação própria.   Dimensionamento do ventilador principal Para o profissional que se dedica a projetar um sistema de ventilação, pouco interessa a forma de calcular os ventiladores necessários em função do seu diâmetro, diâmetro do impulsor, forma da descarga, números de pás (palhetas), etc. estes cálculos são realizados pelos fabricantes dos ventiladores e eles entregam os dados mais importantes destas máquinas; o fundamental, em nosso caso é saber escolher o ventilador mais conveniente quanto a sua eficiência, consumo e potência e que nos assegure um bom serviço. Para funcionamento do ventilador principal, seguimos a senqüência: Vazão de ar do ventilador FP = fator de perda de ar. Depende do número de dispositivos de distribuição do fluxo de ar e da perda da estação do ventilador principal, em minas metálica é de 1,1 a 1,2, enquanto que em minas de carvão ou métodos de câmara e pilares é de 1,7 a 2.0.

27 Pressão estática do ventilador Como conhecemos a curva característica da mina, entraremos com o valor da vazão do ventilador para obtermos a sua pressão. Potência do ventilador Utilizamos a fórmula que calcula a potência em função das perdas de pressão do circuito e das perdas de energia no ventilador. Solicitação de proposta ao fabricante Consta dos seguintes itens: Tipo de ventilador (axial ou radial) Pás fixas ou variáveis. Tipo de transmissão, voltagem e freqüência do motor. Localização e posição de funcionamento. Vazão de ar do ventilador. Fornecimento de cone de entrada, difusor Fornecimento da curva característica do ventilador. Proposta técnica do fabricante Na proposta técnica do fabricante de ventiladores normalmente consta o seguinte: Especificação (nomenclatura do ventilador) Vazão de ar. Pressão estática. Ponto de operação (pitch).

28 Potência consumida (BHP) Eficiência (rendimento) Potência do motor Outras característica do motor (rotação, tipo, proteção contra umidade) Material de construção da carcaça e impulsor (rotor) Dispositivo que acompanha o ventilador (cone de entrada, difusor) Curva característica do ventilador (mostra o ponto de operação, BHP e eficiência) O projetista deve analisar a proposta técnica verificando os cálculos, escolhendo a que melhor atende os seus interesses, tanto na parte técnica como na comercial.   Ventilação natural A ventilação mecânica das minas é hoje generalizada, mas por muito tempo foram usados processos menos eficazes, entre os quais a ventilação natural. Normalmente a vazão natural é de pequena monta, porém em certas situações climáticas, topografias e de aprofundamentos da mina, pode ser significativa. De alguma forma, sem atuar, pela combinação do seu efeito com o da ventilação mecânica Causas principais Três causas principais influenciam a ventilação natural: Diferença positiva e negativa, entre a temperatura exterior e a subterrânea. Diferença de cota entra a entrada dos poços que ligam a superfície aos serviços subterrâneos.

29 Depressão e vazão de ar Consideramos uma mina subterrânea com acesso por 2 poços, e que tenham diferença de cota. Cota X1 e cota X2 com a diferença entre ambas. Desta forma dificilmente vão está em equilíbrio, portanto facilita uma movimentação de descida de ar por um dos poços. Temperatura exterior menor que a subterrânea Admitamos momentaneamente, que a entrada dos dois poços estão fechadas. O poço H2 contém nos Z metros superiores ar mais quente e, portanto, com menor densidade que a temperatura exterior que ocupa a mesma altura sobre o poço H1. Abrindo as entradas, a diferença de pressão criada põe em movimento uma corrente de ar descendo por H1 e subindo por H2. Este fraco desnivelamento motriz inicial (medida pelo produto de Z pela diferença de densidade) terá breve duração e será logo substituída por uma depressão que pode ser muito maior se a mina é profunda. A depressão natural é conhecida pela fórmula: Onde:

30 Wa = peso específico médio do ar que desce por H1
Wa = peso específico médio do ar que desce por H1. W = peso específico do ar viciado que sobe por H2. A densidade independe da diferença de cota Z. A vazão de ar natural que se estabelece é dada pela fórmula: Onde: A = orifício equivalente em m² Hn = depressão natural em mmca Wa = peso específico do ar no poço H1 W = peso específico do ar no poço H2 Temperatura exterior mais quente que a subterrânea Pode ocorrer em regiões quentes no verão e em minas pouco profundas. Com H1 > H2, teríamos inicialmente, com os poços fechados, gases mais frios em H2, no trecho Z, que na atmosfera em igual altura ou no poço H1. Aberto as entradas, o ar desceria pó H2 e um valor equivalente subiria por H1. Se o movimento continuasse, H2 seria enchido com o ar de peso específico Wa e H1 com ar viciado, de peso específico W > Wa. Admitindo o estabelecimento de um regime permanente, deduziremos as seguintes expressões:

31 Para termos valores real, na expressão da vazão, Z teria de ser superior a H, pois por hipótese W > Wa. Portanto, só há uma corrente estável se o plano horizontal traçado pela altitude média dos dois poços passar acima da entrada do poço menos elevado. É um caso muito raro, podendo ocorrer, em regiões montanhosas, em minas servidas por áditos e por poços verticais ou inclinados. Se isto não acontece, no caso de minas servidas por dois poços cuja a profundidade média ultrapassa o desnível Z, a ventilação natural, se limita a golfadas intermitentes. Observação importante: As fórmulas foram estabelecidas com hipóteses simplificativas. Não são rigorosas, mas aproximadas, dando ideia das grandezas envolvidas. Os valores devem ser verificados experimentalmente.   Combinação da ventilação natural com a ventilação mecânica o sinal + corresponderia ás pressões agindo no mesmo sentido. Devemos sempre procurar a concordância das duas depressões para que se somem. É o motivo pelo qual, geralmente, se adotam ventiladores externos aspirante sobre os poços menos profundos.

32 Verifica-se que somada as depressões, assim como as vazões, a vazão total Qf é muito inferior a soma das vazões dos componentes. Portanto, se o ventilador mecânico é potente a ventilação natural, mesmo nas condições mais favoráveis, não acrescenta a seus efeitos senão ajuda moderada.   4 - Ventilação auxiliar É a ventilação dos trabalhos de desenvolvimento com frentes cegas (fundo de saco). Consiste em levar os trabalhos uma quantidade relativamente pequena de ar a distâncias variáveis, desde poucos metros até centenas deles.   Classificação São três os tipos de ventilação auxiliar: Insuflante Ventilador com duto plástico, trabalhando com pressão acima da atmosférica. Aspirante Ventilador com duto rígido, trabalhando por sucção, ou seja, mantém a galeria submetida a pressões inferiores á atmosférica. Mista Combinação dos dois casos Insuflante Caracteriza-se por: Quantidade de ar enviada à frente Distância do extremo do duto à frente Diâmetro do duto

33 Secção da galeria O ar fresco que sai dos extremos só tem um alcance limitado, por isso é importante a sua localização com respeito ao fim da galeria. O ar mistura com a nuvem de gases que encontra em seu caminho e começa o seu retorno ao longo da galeria. Neste tipo de ventilação é preciso evitar a recirculação do ar viciado. Isto se evita colocando o ventilador a uma distância de 5 metros antes da trajetória do ar viciado. Quando a vazão de ar principal não é nitidamente superior a vazão insuflante pelo ventilador, então a distância necessária é de 10 a 20 metros Aspirante A corrente de ar converge muito rapidamente e se introduz no duto. O espaço compreendido entre a sucção do duto e a frente permanece sem movimento de ar. A distância “d” deve ser adequada as condições de modo que as detonações não rasgue os dutos e ventiladores. A única vantagem sobre a ventilação aspirante é o ar viciado que não retorna pela galeria, tendo como desvantagem a dificuldade de colocação dos dutos rígidos em relação aos dutos plásticos.

34 Mista É uma combinação das ventilações insuflante e aspirante, portanto junta as vantagens das duas. Por um lance se insufla e por outro se faz a exaustão, tudo ao mesmo tempo.   Vazão de ar Utiliza-se o mesmo critério de cálculo de ventilação principal. Considera-se a frente em desenvolvimento de forma distinta em relação à mina.   Perda de carga estática Utiliza-se a mesma fórmula da vazão principal, ou seja: Cálculo da perda de carga estática L = comprimento do duto em metro. Le = comprimento equivalente. ∆ P = perda de carga por metro, em mmca Obs. Para toda conversão em pés a perda será em polegada de coluna d´água Comprimento equivalente O comprimento equivalente para curvas, partições e saídas de chaminés é obtido através de seu grau. Varia de 10% a 20%.

35 Perda de carga no retorno do ar viciado O retorno do ar viciado nas galerias normalmente origina perda de carga bastante reduzida em relação à perda de carga no duto, porém existe e deve ser acrescentada.   Relação entre perda de carga estática e diâmetro do duto A perda de carga diminui significativamente com o aumento do diâmetro do tudo. Exemplo: Vamos considerar um projeto de ventilação auxiliar com vazão de 25m³/s e duto plástico com 250 m de comprimento. Utilizando a fórmula de perda de carga acima obtemos os seguintes resultados: D em mm D em pés ∆P “ca/pé H em “ ca 400 1,31 13,9 3475,7 500 1,64 4,6 1154,1 600 1,97 1,8 464,9 700 2,30 0,8 213,1 800 2,62 0,44 111,1 900 2,95 0,24 60,8 1000 3,28 0,14 35,92 1200 3,94 0,06 14,41

36 O ventilador ideal teria uma vazão de 25m³/s e uma pressão de 14,41 polegadas de coluna de água. Usar esse ventilador em diâmetros menor que 1200mm seria inviável, não se obteria o resultado esperado e o gasto de energia seria um desperdiço. Verificamos que quanto maior o diâmetro, muito maior será o comprimento máximo do duto.   Pressão velocidade A pressão velocidade é utilizada na ventilação auxiliar para calcular a perda de carga na entrada de dutos na ventilação aspirante ou exaustora. O fluxo de ar é lançado na atmosfera, como na ventilação principal.   Pressão velocidade na perda de entrada em duto rígido Quando o ar flui dentro de um captor do duto rígido, o fluxo de ar adquire uma configuração, onde a máxima convergência do duto ocorre à jusante no plano vena-contracta, cuja seção é inferior a seção do duto. A formação da vena-contracta é acompanhada de conversão de pressão cinética e posteriormente, já volta da pressão cinética a pressão estática. A área do fluxo de ar na seção da vena-contracta vai variar de acordo com a do captor, ou seja abertura de entrada, de 70% a 100%. A perda de energia a perda de pressão que ocorre quando o fluxo de ar entra no captor é função da pressão velocidade, variando conforme o tipo do captor. A perda de carga de entrada é somada a perda de carga estática do sistema para a determinação da sua curva característica.

37 Pressão velocidade na saída dos ventiladores Corresponde a energia cinética dissipada quando o fluxo de ar fornecido pelos ventiladores é lançado na atmosfera. Para facilitar os cálculos utilizaremos o seguinte roteiro: Velocidade do fluxo de ar Qv = vazão de ar do ventilador, em m/s A = área de saída do ventilador na ventilação aspirante e área do duto na ventilação insuflante, em m². Pressão velocidade Com a velocidade do fluxo, entra-se na tabela e acha-se diretamente a pressão velocidade ou utiliza-se da seguinte fórmula: Perda de carga total (pressão total) A perda de carga total é a somatória entre a perda de carga estática e a pressão velocidade (saído dos ventiladores ou dutos). É utilizado nos projetos de ventilação auxiliar para a determinação do ponto de operação do ventilador.  

38 4.6 - Dutos de ventilação Hoje são conhecidos vários formatos de dutos flexíveis.   Dimensionamento do ventilador auxiliar Para o dimensionamento do ventilador auxiliar para aquisição utiliza-se o mesmo modo do ventilador principal. A única modificação que existe é na solicitação de acessórios específicos para os ventiladores auxiliares, tais como a tela de proteção e o difusor com elemento de transição para o acoplamento dos dutos Roteiro para projeto de ventilação auxiliar Vazão de ar do ventilador Qv = Vazão de ar do ventilador Q = Vazão de ar necessária para o desenvolvimento da galeria. FP = fator de perda de ar. Depende do tipo de duto e do seu estado de conservação, variando de 5% a 50% Diâmetro do duto Como visto anteriormente, a perda de carga estática diminui drasticamente com o aumento do diâmetro do duto. A escolha do diâmetro do duto depende da seção da galeria. Do equipamento de carregamento e transporte utilizado, da vazão de ar necessária para o ventilador, e também do comprimento do duto.

39 Comprimento total do duto Lt = comprimento total do duto em metro. L = comprimento real do duto para toda a frente projetada, em metro. Le = comprimento equivalente Perda de carga estática em dutos de lonas plásticas e rígidos. sendo: H = perda de carga estática total em mmca. Lt = comprimento total do duto, em metro. ∆p = perda de carga por metro, em mmca/m No caso de ventilação aspirante ou exaustora (duto rígido), acrescenta-se a perda de entrada (∆H). Septos divisórios Utiliza-se a mesma fórmula da ventilação principal: Pressão velocidade. Utiliza-se o roteiro de cálculo do item 4.4.2

40 4. 8. 6 - Perda de carga total (pressão total)
Perda de carga total (pressão total). Somatória entre a perda de carga estática e a pressão velocidade Ventilador auxiliar Como conhecemos a vazão de ar do ventilador e a pressão total necessária para o sistema, poderemos escolher o ventilador para o projeto de ventilação auxiliar. Recomendamos que seja feita uma tabela com a vazão de ar, pressão estática e comprimento máximo do duto para cada tipo de ventilador disponível na mina, com o intuito de facilitar a escolha do ventilador que será utilizado no projeto. Quando projetamos a ventilação auxiliar para galerias com grandes comprimentos e vazões significativas, normalmente utiliza-se vários ventiladores em série.   Curva característica do sistema A curva característica do sistema é dada pela equação: Ht = pressão total do sistema R = resistência do sistema Q²v = vazão de ar do ventilador . Variando os valores de Qv, teremos os valores de HT

41 . Plota-se os valores de Q e Ht na curva característica do ventilador escolhido . Normalmente, a curva característica dos ventiladores é em unidade inglesa. Neste caso transforma-se a vazão de ar e pressão total para pés cúbico por minuto (c.f.m) e polegada de coluna d’água (“ ca). Já venho usando acima essas mudanças como vemos na ventilação principal.   Ponto de operação do ventilador A interseção da curva característica do sistema com a curva característica do ventilador fornece o ponto de operação (ventilador com pás fixas). Ventiladores com várias posições de pás Quando o ponte de operação não coincide com uma das curvas característica do ventilador, deslocamos para direita ou esquerda até encontrar a interseção da curva característica, adotando os valores da vazão de ar e pressão total para o ventilador. No ponto de operação escolhido pode ser, fornecido pelo motor do ventilador, uma potência.   Potência consumida (BHP) Entrando com os valores do ponte de operação, encontramos diretamente na curva característica do ventilador a potência consumida (BHP) em HP. A ventilação na compatibilidade do motor do ventilador é calculada do seguinte modo:

42 P = potência do motor, em HP BHP = potência do ventilador, em HP DE = eficiência da transmissão, variando em torno de 90% para transmissão por polia e correia, a 100% para transmissão direta. ME = eficiência do motor. Utiliza-se entre 85% e 95%. O projeto de ventilação auxiliar só é viável quando a potência “P” é menor que a potência instalada no ventilador.   Projeto de ventilação auxiliar (exemplo) Premissas básicas Projeto de ventilação auxiliar para o desenvolvimento de uma rampa ( em fundo de saco) com as seguintes características técnicas: - 320m de comprimento. Já existe o circuito principal. Equipamentos utilizados 1 carregadeira do motor de 150HP 1 caminhão com motor de 130HP Tipo de ventilação Ventilação insuflante com duto de plástico, em lances de 10 metros Ventiladores disponíveis na mina Tipo Vazão m³/s Pressão mmca Pot. HP Axial 11 235 30 20 272 150

43 Vazão de ar 1 LHD = 150 HP 1 caminhão = 130 HP Total = 280 HP q = 3,5m³/min/HP FS = fator de simultaneidade Usar 100% da potência do maior equipamento, 75% do segundo e 50% para os demais Q = 866 m³/min (14,44m³/s) – vazão necessária FP = 1,164 (11,64% de perda de ar) valor pode variar de 10% a 20% Qv = 1008m³/min (16,8m³/s)   Diâmetro do duto Como a vazão é alta (para ventilação auxiliar), quando menor o diâmetro maior a perda de carga por metro. Na tabela abaixo calculamos a perda de carga por metro para a vazão de ar do ventilador, variando os diâmetros do duto.

44 Como o comprimento total do duto é significativo (Lt > 300), o ideal seria trabalhar com o diâmetro 1200mm. Lembrando que em algumas minas esse diâmetro pode ser alterado, pois a seção pode ser o limitante. D em mm D em pés ∆P “ ca/Pé H em “ ca 400 1,31 5,72 2127,84 500 1,64 1,89 703,10 600 1,97 0,78 290,20 700 2,30 0,35 130,20 800 2,62 0,18 66,96 900 2,95 0,099 36,83 1000 3,28 0,059 21,95 1200 3,94 0,024 8,93

45 Comprimento total do duto Comprimento do duto (L) O comprimento da rampa é de 320 metros Ventilador localizado a 20 metros antes do circuito principal de ventilação. Final do duto a 30 metros da frente L = 300m + 10m – 30m Comprimento equivalente (Le) Acoplamento = 30 unidade Perda por unidade = 2,4m Comprimento total Perda de carga estática Convertendo mmca em polegada de coluna d’água fica:

46 Pressão velocidade V = velocidade do fluxo na saída do ventilador Qv = vazão de ar do ventilador (16,8m³/s) A = área do duto (1,13m²) V = 14,87 m/s Usando esses valores na fórmula da pressão velocidade teremos:

47 Perda de carga total Ventilador auxiliar Comparando a pressão estática do sistema (240mmca) com as pressões dos ventiladores, verificamos que somente é capaz de atender as necessidades o que tiver pressão igual ou superior a 240mmca. Nos disponíveis o de 272 pode ser utilizado.   Curva característica do sistema A curva característica de alguns fabricantes é em unidade inglesa. A vazão de ar é dividida por 1000 para ser representada no gráfico. Equação da curva do ventilador

48 Equação da curva Plotando os valores na curva característica do ventilador e unido os pontos, teremos a curva do sistema Ponto de operação do ventilador Para a vazão de o ponto de operação é na posição 3,4 deslocando para a direita encontramos a interseção da curva do sistema com a posição 4, que é o ponto de operação do ventilador, os valores obtidos na posição 4 são os seguintes: Ht = 11,1 “ ca Qv = cfm Vazão de ar em cfm - Pressão total “ ca 20 3,24 25 5,06 30 7,29 35 9,92 40 12,96

49 4. 9. 11 - Potência consumida em BHP 4. 9
Potência consumida em BHP Resumo do projeto de ventilação auxiliar Vazão de ar = 17,6m/s (37.200cfm) Pressão total = 282mmca (11,1 “ Ca) Ventilador axial com pás ajustáveis e motor de 150HP Ponto de operação = posição 4 Potência consumida (BHP) = 94HP 300m de duto plástico com diâmetro de 1200mm

50 Bibliografia Mine ventilation and air conditioning – H
Bibliografia Mine ventilation and air conditioning – H. Hartman Ventilation de mines – E. Yanes Ventilação de minas subterrâneas – J. Saraiva Amigo Ventilação de minas subterrâneas – J. Maia Engenharia de ventilação industrial – A. Mesquita Labores mineras – S. Borisov Apostila de ventilação – Nilson J. P. Galvão Natal, 21 de junho de Instrutor: Aldery Morais Tel ou costa_morais