Transcript Ventilação

Ventilação de mina subterrânea
(UFRGS/DEMIN - material de divulgação interna)
Tópicos
1.Poluentes de minas subterrâneas
2.Normas para cálculo de necessidades de ar
3.Divisores do fluxo do ar
4.Configurações de sistemas de ventilação
5.Leis da ventilação
6.Ventiladores
7.Controle de ventilação
Referências principais:
Hartman, H.L., Mutmansky, J.M., Wang, Y.J., eds.,1997, Mine Ventilation and Air Conditioning,
3nd. Ed., John Wiley & Sons, ISBN 0-471-05690-1.
McPherson, M. J., 1993, Subsurface Ventilation and Environmental Engineering, Ed. Chapman
& Hall, London.
Kennedy, W.R., 1999, Practical Mine Ventilation, 2nd. Ed., Intertec Publishing Corp., ISBN 0929531-50-7.
Mutmansky, J.M., Ramani, R.V., 1992, “Environmental Health and Safety”, SME Mining
Engineering Handbook, 2nd edition, Vol.1, AIME, N.Y., section 11.
Normas NR-22 e NR-15, Ministério do Trabalho e Emprego, Brasil, 2010.
1.Poluentes de minas subterrâneas
 Tarefas principais da ventilação de mina:
- suprir de oxigênio homens e máquinas;
- diluir gases tóxicos/explosivos e poeiras
originadas nas operações de produção;
- auxiliar no controle de temperatura e umidade do
ambiente.
 O sistema de ventilação de mina procura, dentro do
possível, reproduzir
superfície.
a
composição
do
ar
na
Composição do ar normal (puro, sêco):
% em volume
Oxigênio
20.93
CO2
0.03
Nitrogênio
78.10
Argônio
0.94
Total
100.00
Estas percentagens serão reduzidas com a
presença de vapor d’água no ar, o qual pode chegar
a um valor máximo de 4% .
Quanto aos efeitos no organismo humano, os gases e
vapores presentes no ar podem ser classificados
como:
-
Asfixiantes simples
-
Tóxicos
Asfixiantes simples
São gases fisiologicamente inertes, cujo perigo está
ligado à sua alta concentração, pela redução da
proporção de oxigênio presente no ambiente. São
substâncias
químicas
que
têm
a
propriedade
comum de deslocar o oxigênio do ar e provocar
asfixia
pela
diminuição
da
concentração
do
oxigênio no ar inspirado, sem apresentarem outra
característica em nível de toxicidade.
Exemplos de substâncias químicas com efeitos
asfixiantes simples: etano, metano, gás carbônico
(CO2), acetileno, nitrogênio, hidrogênio, etc.
Gases Tóxicos
São
gases
que
mesmo
quando
presentes
em
pequenas concentrações, produzem diversos efeitos
prejudiciais à saúde.
Um exemplo de gás tóxico é o CO - monóxido de
carbono. O CO é um asfixiante químico, produzindo
anóxia
tissular
(baixa
oxigenação
dos
tecidos),
interferindo no aproveitamento de oxigênio pelas
células.
Na prática da ventilação de minas, não existe a
perspectiva de se alcançar uma pureza total do ar,
mas sim de atingir-se um grau de pureza, com base
na concentração dos contaminantes no ar, que não
ofereça riscos à saúde do trabalhador.
- Quais gases devemos medir ?
Isso
depende
do
tipo
de
mina,
minério
interesse e equipamentos utilizados na lavra.
de
Contaminantes que ocorrem freqüentemente:

CO
e
CO2
–
combustão
incompleta
de
matéria
carbonosa, gases de escape de motores diesel e
detonação de explosivos;

NO e NO2 – formados na detonação incompleta de
explosivos e em gases de escape de veículos diesel;

SO2 – formado na detonação de minérios de enxofre,
durante incêndios envolvendo sulfetos (p.ex. pirita), e
em gases de veículos diesel.
(Continuação...)

Metano (CH4) – jazidas minerais de origem
orgânica
(carvão)
ou
apodrecimento
de
madeira utilizada em escoramento;

H2S – presente em jazidas minerais de origem
orgânica (p.ex. estratos de carvão);

NH3 – liberado na detonação de explosivos à
base de ANFO.
Normas para controle de poluentes em mina ...
Cada país estabelece suas próprias normas quanto às
concentrações
permitidas
para
contaminantes
no
ambiente de trabalho.
No Brasil, a norma Norma Regulamentadora do Ministério do
Trabalho, NR-15 (NR-15, 115.015-4/I4), estabelece as
concentrações permitidas.
LIMITES DE TOLERÂNCIA DO CO

Gás tóxico. O limite de tolerância para até
48 horas semanais de exposição segundo a
NR-15 é 39 ppm (43 mg/m3), ou 0,0039%
em volume. A Tabela abaixo apresenta os
níveis de contaminação em ppm, com os
respectivos sintomas.
ppm
Sintoma
50
Riscos para a saúde em trabalhos que exijam muito esforço
50 - 100
Dores leves de cabeça, dificuldades de respirar após duas horas
de exposição
100 a 200
Dores de cabeça, dificuldades de respiração, vertigem,
diminuição da capacidade visual e vômitos
500 a 1000
Risco de vida após uma hora de exposição
1000 a 10000
Risco de vida após 3 a 5 minutos
LIMITES DE TOLERÂNCIA DO CO2

A principal fonte de CO2 nas minas é o uso de explosivos; o
limite tolerável no Brasil segundo a NR-15 é 0,39% em
volume ou 3900 ppm. A Tabela abaixo mostra as faixas de
contaminação em volume com os respectivos sintomas.
%
Sintoma
1%
Respiração mais rápida sem prejuízo para a saúde, exposição rápida
2%
Respiração duplicada, cansaço rápido
5%
Respiração triplicada e dificultada
6%
Sensação de falta de ar (apnéia), enfraquecimento
10%
Risco de desmaio
20%
Risco de vida após poucos minutos
LIMITES DE TOLERÂNCIA PARA NO2
Gás tóxico. No Brasil o limite de tolerância é de 4 ppm
ou 0,0004% em volume. A tabela abaixo resume os
níveis de contaminação com os respectivos sintomas.
Teor
(ppm)
Sintomas
2.8 a 5
Sem irritações nas vias respiratórias, alterações no sangue
5 a 10
possíveis doenças pulmonares
10 a 20
Irritação nas vias respiratórias, desaparecimento dos sintomas
após adaptação
20 a 30
Aumento do teor de hemoglobina
30 a 35
Longo período de adaptação mas com todos os riscos descritos
anteriormente
35 a 54
Irritação forte nas vias respiratórias com tosse, início da
intoxicação
55 a 120
Após 3 a 5 minutos, angústia no peito
120 a 200
Risco de vida após uma hora de exposição
200 a 300
Morte
LIMITES DE TOLERÂNCIA PARA SO2

NR-15 estabelece como limite de exposição para 48
horas semanais o valor de 4 ppm. É um gás tóxico,
incolor, não inflamável, que irrita olhos e garganta
mesmo em baixas concentrações.
ppm
Sintoma
3-5
Detectável pelo odor (enxofre)
20
Irritação de olhos, nariz e garganta
50
Pronunciada irritação de olhos, garganta e pulmões
> 700
Risco de morte em minutos
LIMITES DE TOLERÂNCIA PARA NH3


Gás tóxico. A norma NR-15 estabelece como limite de
exposição para 48 horas semanais o valor de 20 ppm
ou 14 mg/m3.
A exposição aguda à amônia produz lesão tissular. É
muito solúvel em água e, portanto, atua na mucosa
umedecida das vias aéreas superiores e nos olhos.
LIMITES DE TOLERÂNCIA PARA H2S


Gás tóxico. NR-15 estabelece como limite de
exposição para 48 horas semanais o valor de 8 ppm.
A exposição provoca irritação de mucosas, olhos e
vias respiratórias. Ataca o sistema nervoso. O sulfeto
de hidrogênio é um gás com odor de ovos podres, o
que pode denunciar sua presença.
OXIGÊNIO
É um gás que não tem cor, sabor ou cheiro, com densidade
de 1,10 em relação ao ar. A NR-22 considera o teor mínimo,
que deve estar presente em volume no ambiente de
trabalho, como sendo 19%. É considerado risco grave e
iminente
os
valores
trabalhar
em
abaixo
concentrações
deste
patamar.
abaixo
dos
19%,
Pode-se
porém
correndo riscos à saúde, pois o sangue não absorve
plenamente
central.
o
oxigênio,
afetando
o
sistema
Abaixo de 10% existe risco de vida.
nervoso
METANO (CH4)
É
um gás combustível (também denominado grisú) que
ocorre em jazidas de origem orgânica como as de carvão.
Há casos de ocorrência de grisú em minas metalíferas,
decorrentes da presença de estratos ricos em matéria
orgânica, situados nos contatos ou nas vizinhanças do
depósito mineral, sendo também produzido no processo de
apodrecimento de madeira utilizada na mina.
(Continuação...)
O metano, no seu estado natural, ocorre confinado nas
camadas de carvão, seja na forma de moléculas livres de
gás, ocupando poros, vazios ou fissuras, por efeito de
adsorção
nas
superfícies
destas
cavidades,
sendo
liberado lentamente nas frentes de lavra ou mais
rapidamente quando o carvão é britado. Em minas com
alta liberação de metano, há risco de explosão do gás.
Pela NR-22, a concentração de metano no ambiente de
trabalho deve ser < 1%.
(Continuação...)
EXPLOSÃO DE METANO
As condições de atmosfera da mina nas quais pode
ocorrer a explosão do metano estão indicadas no gráfico
conhecido como “triângulo de Coward”, delimitado pelos
pontos da tabela abaixo .
Pontos
Oxigênio (%)
Metano (%)
B
20
5
C
18
14
E
12
6
Condições de
explosividade do
metano...
Tabela resumo de gases poluentes de mina (Hartman et al.,1997, Mine Ventilation and Air
Conditioning)
Casos de explosão de metano ocorridos na
mineração de carvão do sul do Brasil ...
O caso mais grave: acidente ocorrida na
Carbonífera Urussanga - SC, 1984.
Cálculos de diluição de gases contaminantes:
A vazão de ar requerida para diluir um determinado
contaminante, considerando a situação em que a vazão do
contaminante é constante ao longo do tempo, é dada por:
Q = Qg (1 – VL) / (VL – Bg)
onde...
VL = valor limite máximo permitido para a concentração do
contaminante (fração);
Qg = vazão do contaminante na atmosfera de mina (m3/s);
Bg = concentração do contaminante presente na vazão Q
(fração);
Q = vazão de ar requerida para a diluição (m3/s).
Exemplo:
1) Uma frente de lavra de carvão libera metano à uma taxa de
0.5 m3/s. Supondo que a concentração máxima permitida de gás
metano na área de trabalho seja de 1%, calcule a mínima vazão
de ar fresco necessária para a diluição.
Q = 0.5 (1 – 0.01) / (0.01 – 0) = 49.5 m3/s
2) Supondo que o ar de entrada, na situação anterior, já esteja
contaminado com metano, apresentando uma concentração
inicial de 0.2 %. Qual a vazão de diluição para a frente de lavra?
Q = 0.5 (1 – 0.01) / (0.01 – 0.002) = 61.9 m3/s
-----------------
Poeiras em minas subterrâneas
 Poeiras:
-consistem de partículas sólidas suspensas em um
gás e sua presença em mina subterrânea
representa um problema comum;
- são formadas em processos de fragmentação de
rocha;
- o diâmetro das partículas de poeira pode variar de
1 a 100 μm, mas o intervalo normalmente é de 1 a
20 μm;
Poeiras ... (cont.)
-
poeiras podem causar dano à saúde
trabalhadores e apresentar explosividade;
dos
- um exemplo de doença causada pela exposição
contínua a poeiras é a silicose, que é originada pelo
acúmulo, nos pulmões, de partículas contendo
sílica;
poeiras
em
suspensão
cujas
partículas
apresentam diâmetros menores que 5 μm são
denominadas “poeira respirável”;
Poeiras ... (cont.)
- Tipos de poeiras:
1. fibrogênicas – sílica, minérios de berílio,
minério de ferro, carvão, etc.
2. carcinogênicas – asbestos, produtos de
desintegração do Radônio, sílica, DPM’s, etc.
3. tóxicas – minérios de chumbo, berílio,
arsênico, mercúrio, minérios radioativos, etc.
4. radioativas – minérios de urânio, radio, tório,
etc.
5. explosivas – carvão, minérios de sulfetos, etc.
Poeiras ... (cont.)
- Explosividade de poeiras:
Consiste em uma combustão muito rápida da
poeira. A iniciação pode ocorrer por uma chama ou
detonação
(explosões
de
gás
metano
são
iniciadores comuns de poeiras).
- Condições de explosividade do carvão:
1. diâmetro de partícula abaixo de 850 μm;
2. concentrações acima de 60 g/m3;
3. a explosividade diminui pelo aumento do % de
cinzas.
Poeiras ... (cont.)
As
normas
regulamentares
do
Ministério
do
Trabalho do Brasil (NR-15) fixam as concentrações
máximas toleradas no ambiente de trabalho.
- Limites máximos de concentração de sólidos no ar,
conforme a NR-15, para o caso da presença de
sílica cristalizada (p.ex. em minas de carvão):
LT (Limite de Tolerância, em mg/m3) para poeira
total (respirável + não-respirável) ...
LT = 24 / (%Qz + 3) .
LT para poeira respirável ...
LT = 8 / (%Qz +2) .
Poeiras ... (cont.)
Alternativas para controle de poeiras no ambiente ...
- Usar água no processo de fragmentação de rocha,
umedecendo paredes das frentes de serviço (antes e após a
detonação), além do material fragmentado;
- Fazer a captação de poeiras (p.ex. na perfuração à seco);
- Usar sprays d'água em locais onde existe formação de
poeiras;
- Usar máscaras de proteção individual.
-----------------
DPM – Diesel Particulate Matter
-material
complexa
particulado
mistura
de
formada
diesel
na
é
parte
da
exaustão
do
combustível consumido por veículos, máquinas e
equipamentos movidos a óleo diesel.
-na exaustão do diesel encontram-se gases e
partículas resultantes da combustão incompleta do
diesel. O particulado em geral apresenta diâmetro
menor que 1µm, com o carbono como componente
primário, além de outros compostos adsorvidos
(benzeno, hidrocarbonetos aromáticos, sulfatos,
nitratos, ...).
DPM – Diesel Particulate Matter
Problemas ocupacionais gerados pelo DPM
estão
relacionados à exposição curta e longa, além da
concentração
e
a
individualidade
de
cada
trabalhador:
As emissões podem causar irritações nos olhos,
nariz, garganta, pulmões.
Há
consideráveis
evidências
de
emissões de diesel sejam cancerígenas.
que
estas
DPM – Diesel Particulate Matter
Medidas para minimizar o DPM:
utilizar equipamentos elétricos (se possível);
evitar manter o motor ligado quando o veículo
estiver parado;
manter o equipamento revisado e ajustado;
usar filtro DPF (filtro para partículas do diesel)
com
dimensionamento
e
validade
correta
do
elemento filtrante para cada equipamento;
manter a ventilação de mina nos padrões
adequados definidos nas normas.
DPM – Diesel Particulate Matter
Limites de exposição:
A legislação ficou mais rígida nos últimos anos quanto à
exposição diária do trabalhadores de minas subterrâneas,
principalmente em países com tradição mineira como
Alemanha, Canadá e Estados Unidos.
Na Alemanha , os limites de tolerância para trabalhos
subterrâneos são de 0.10 mg/m3 de carbono elementar.
Na Suíça esse limite corresponde a 0.20 mg/m3, de carbono
total contido no DPM.
DPM – Diesel Particulate Matter
O instituto americano Mine Safety and Health Administration
(MSHA) é um pouco mais tolerante e as faixas de exposição
diária variam de 0.16 a 0.40 mg/m3 de carbono total.
No Canadá, conforme o Canadian ad hoc Diesel Committee , o
limite foi estipulado em 1.50 mg/m3, que parece ser um tanto
alto em relação aos outros países, mas o método utilizado
pelos canadenses leva em conta todo o material particulado e
não somento o carbono.
-----------------
2.Normas para cálculo de necessidades
de ar em minas subterrâneas
 O principal parâmetro do sistema de ventilação
de mina é a vazão de ar fresco, a ser insuflada nos
locais de trabalho.

Do
ponto
de
vista
do
suprimento
das
necessidades de oxigênio para consumo humano e de
motores de combustão interna (diesel), existem
normas específicas a serem observadas que são
adotadas em cada país.
 O raciocínio comum para o cálculo de vazões
de
ar
fresco
(necessidades
de
ar)
envolve
as
seguintes variáveis:
- o número de trabalhadores presentes em subsolo;
- a potência de equipamentos diesel na mina;
- a taxa de produção (minério+estéril) da mina;
- outros elementos específicos (concentração de
gases contaminantes, mina de carvão ou ñ-carvão,
massa de explosivos, presença de equipamentos
elétricos, etc.)
 Um exemplo bastante simples será usado a seguir
para
mostrar
o
cálculo
das
necessidades
de
ar
usando-se a norma NR-22 (Brasil), considerando mina
subterrânea ñ-carvão.
Mina ñ-carvão:
Elementos para
cálculo de
necessidades de ar.
Conforme a NR-22,
deve-se escolher o
maior valor dentre os
itens (a), (b) e (c) do
quadro II.
Exemplo de aplicação da NR-22 para minas ñcarvão ...
Suponha que em um stope de mina de ouro trabalhem
simultaneamente, na situação mais crítica, 1 caminhão
diesel (300cv), 1 LHD diesel (150cv) e 4 operários.
Considere ainda que este stope usa 120kg de explosivos em
seu desmonte, e produz mensalmente 5000 t de minério e
estéril. Estimar a vazão requerida pela NR-22.
Exemplo de aplicação da NR-22 para um painel de
lavra de mina ñ-carvão ...
Resp.:
Item (a) do quadro II ... Vazão p/homens e máquinas
será igual a 2m3/min x 4 + 3.5m3/min/cv(300cv +
150cv)=1583 m3/min.
Item (b) do quadro II ... A vazão de ar de acordo com
a massa de explosivos empregada no desmonte será
calculada para um tempo de aeração de 30 minutos: Q =
0.5 x 120kg/30 minutos = 2 m3/min.
Exemplo de aplicação da NR-22 para um painel de
lavra de mina ñ-carvão ...
Item (c) do quadro II ... Vazão de ar de acordo com a
produção do painel, supondo 180m3/min/1000t mensais:
Qt = 180m3/min/1000t x 5 000 t/mês = 900 m3/min .
Neste caso, a necessidade de ar para o realce será de
1583 m3/min, conforme calculado no item (a).
------------------------
-------------
Limites para a velocidade do ar em subsolo:
Procuram garantir que a velocidade do ar seja suficiente
para remover contaminantes do local de trabalho, mas sem
aumentar demais o transporte de poeiras ou prejudicar o
conforto térmico dos trabalhadores.
Lembrar que :
Q=vA
Q = vazão de ar na galeria (m3/s); v = velocidade do ar (m/s); A = área de
seção de galeria (m2).
Exemplos de limites velocidade do ar determinados pela
NR-22 (Brasil):
-------------
3.Divisores do fluxo de ar em mina
subsolo
Em circuitos de ventilação de minas subterrâneas, o ar fresco precisa
ser direcionado até as frentes de serviço.
Isto é feito usando-se determinados elementos, conhecidos
genericamente como divisores do fluxo de ar. Cada seção de
trabalho de uma mina possui seus próprios divisores, que
obedecem a uma organização geral.
Divisores do fluxo de ar em mina subsolo
Tipos de divisores de fluxo:
 Barragens
As barragens são paredes usualmente de alvenaria ou de
madeira, construídas em galerias ou entre pilares de minério
para evitar a mistura do ar fresco (entrada) com o ar
contaminado (retorno). As barragens temporárias são usadas
próximas das frentes de serviço e, com o avanço da lavra, serão
posteriormente substituídas por barragens permanentes.
Divisores do fluxo de ar em mina
subsolo
Barragens permanentes confeccionadas em alvenaria (mina de carvão):
Barragem provisória confeccionada
em madeira (mina de carvão) :
Divisores do fluxo de ar em mina
subsolo

Linhas de tapume
Linhas de tapume são usadas para movimentar o ar do
último cruzamento até a face.
São estruturas feitas de material flexível, muito
empregadas na ventilação de frente de serviço que usa
mineradores contínuos, na lavra de carvão.
Ventilação auxiliar
Linha de tapume:
A colocação de uma linha de tapume
longitudinalmente em uma galeria
divide esta abertura em duas para fins
de ventilação. Normalmente é presa
no teto e sempre está sujeita a
vazamentos (fugas).
Divisores do fluxo de ar em mina subsolo

Cortinas
As Cortinas são estruturas temporárias para controlar o fluxo
de ar. Trata-se simplesmente de uma cortina, a qual pode ser
prontamente suspensa na direção do fluxo de ar para onde for
necessário. As cortinas são usadas temporariamente também
como barragem. Em algumas situações pode ser necessária a
passagem de homens e/ou equipamentos através da cortina.
Isto é efetuado pelo corte da cortina.
Divisores do fluxo de ar em mina subsolo

Portas
Quando o acesso entre galerias de entrada e retorno de
ar deve permanecer disponível, são usadas as portas de
ventilação, que podem ser feitas de metal ou madeira,
dependendo da finalidade.
Portas localizadas entre entradas e saídas principais de ar são
usualmente construídas aos pares, para garantir segurança e
impedir a passagem do ar mesmo quando uma das portas
encontra-se aberta (ver disposição específica na NR-22).
Divisores do fluxo de ar em mina subsolo

Portas de ventilação ...
Portão confeccionado em metal
Portão confeccionado em
madeira
Divisores do fluxo de ar em mina
subsolo

Crossings (cruzamentos de ar)
Usam-se estas estruturas sempre que necessário,
apesar de serem complexas, em cruzamentos
onde não se deseja misturar o fluxo de ar da
entrada com o do retorno. Podem ser do tipo
overcast ou undercast. A estrutura undercast
geralmente não é utilizada por causa da presença
água que pode ocorrer no desnível, tendendo a
obstruir o fluxo de ar.
É uma estrutura característica em minas de
carvão.
Cruzamento de ar (tipo overcast)
Diagrama agrupando diversos tipos de divisores do ar, em circuitos
de ventilação de mina de carvão.
Exemplos de símbolos para elementos presentes em
circuitos de ventilação de mina
Diagrama apresentando os divisores de fluxo em circuitos de
ventilação.
Divisores do fluxo de ar em mina
subsolo

REGULADORES
A quantidade de fluxo de ar pode ser controlada
por elementos chamados reguladores.
Um regulador consiste numa estrutura com uma
abertura à passagem do ar, que pode ser grande
ou pequena. A abertura pequena reduzirá a
passagem de ar.
Cálculo aproximado da área de abertura de um
regulador:
a = 1,21 / R1/2 ; sendo R em Ns2m-8, a em m2.
Reguladores
Porta deslizante
Típico modelo de fluxo de ar em um sistema de exaustão
(divisão dupla)
____________
Ventilação auxiliar
Na ventilação de frentes de trabalho ocorrem situações em
que a corrente de ar da ventilação principal é inadequada
ou mesmo não disponível. Nestes casos, um reforço deve
ser providenciado como meio de garantir o correto
suprimento de ar. Este sistema de reforço localizado
denomina-se ventilação auxiliar.
As principais aplicações da ventilação auxiliar são:
1- Ventilar galerias em desenvolvimento (fundos-desaco).
2- Prover um fluxo suplementar para assistir a uma parte
do circuito primário, através de um reforçador
(denominado genericamente de booster).
Ventilação auxiliar
Ventilação de galerias em fundo-de-saco:
É a aplicação mais freqüente e importante da
ventilação auxiliar. Quase sempre ela é necessária onde a
lavra está ocorrendo, podendo constituir-se no único
meio de suprir as necessidades de qualidade e
quantidade de ar. Toda a abertura de galerias, poços,
planos inclinados, raises e winzes sempre necessitam de
ventilação auxiliar. Em minas de carvão, todas as frentes
necessitam de ventilação auxiliar tão logo ultrapassem o
último travessão (de modo geral, a norma NR-22
estabelece a obrigatoriedade da ventilação em fundo-desaco).
Ventilação auxiliar
Exemplo de ventilação de fundo-de-saco em
painel de mina de carvão (Câmaras e
Pilares), com ventiladores auxiliares de
pequeno porte funcionando por exaustão,
conectados a tubulações não-colapsáveis.
tubulações
ventiladores
cortinas
barragens
Ventilação auxiliar
Exemplo de ventilação de
fundo-de-saco
com linhas de tapume e
cortinas (carvão; método
de câmaras e pilares) .
Ventilação auxiliar
Exemplo de organização
da ventilação auxiliar em
painel de mina de carvão
(Criciúma-SC-BRA),
com ventiladores fixados
no teto e atuando por
insuflação.
Ventilação auxiliar
Posição dos equipamentos no painel de mina de carvão
(Criciúma-SC-BRA) do slide anterior.
3
4
1
5
2
9
6
A
RLIM
P
O
8
7
Ventilação auxiliar
Ventiladores auxiliares com tubulações ou linhas de
tapumes são os principais meios de ventilar as frentes de
trabalho em fundo-de-saco, mas existem outros
dispositivos que podem ser utilizados ou adicionados
para fins de controle especial de poeiras ou
movimentação especial do ar.
Um fator muito importante a ser considerado no projeto e
seleção de ventiladores auxiliares é a necessidade de
garantir que a recirculação de ar não ocorra.
Ventilação auxiliar
Ventiladores Auxiliares e Tubulações: tanto ventiladores
axiais como centrífugos podem ser utilizados nos
sistemas de ventilação auxiliar. Ventiladores axiais são
preferidos devido ao seu tamanho compacto e facilidade
de estagiamento.
Os materiais mais usados para tubulações rígidas são: ligas
de aço, malhas de aço entrelaçado, fibra de vidro e
resinas.
Ventilação auxiliar
Tubulações não rígidas (flexíveis e colapsáveis) são
geralmente de nylon. As tubulações são disponíveis em
ampla faixa de diâmetros, com seções circulares ou
elípticas.
O posicionamento mais comum das tubulações
normalmente é no alto, sendo próximo ao central para
galerias de seção arredondada e nos cantos para seções
retangulares.
Ventilação auxiliar
Exemplos de posicionamento de tubulações colapsáveis
(Mina Cuiabá – MG/Brasil - AngloGold Ashanti)
Ventiladores auxiliares acoplados a tubulações:
Ventiladores auxiliares
para instalação no
teto de galerias 
Ventiladores auxiliares associados em
série e conectados a tubos flexíveis.
Ventiladores auxiliares acoplados a tubulações:
Exemplo de tubulação flexível e não-colapsável, que pode ser
usada em sistemas por exaustão ...
Ventilação auxiliar
O uso de cortinas e linhas de tapume é mais comum em
minas de carvão, onde é comum a frente de lavra operar
com equipamentos de fragmentação mecânica
(mineradores contínuos).
Em minas metalíferas são pouco utilizadas porque estão
mais sujeitas aos danos relacionados com o uso de
explosivos. As barragens próximas de detonações
também podem sofrer danos com a vibração produzida
pelos explosivos.
Ventilação auxiliar
Scrubbers:
São coletores de poeiras que podem resolver
problemas de supressão de poeiras, tanto montados sobre
máquinas como associados a ventiladores adequados para
este fim.
Exemplo de
scrubbers
equipando
minerador
contínuo
Scrubbers...
As principais fontes geradoras de poeira em minas de carvão
são os mineradores contínuos (fragmentação de carvão) e
roof bolters (parafusadoras de teto).
Minerador contínuo
Roof Bolter
Scrubbers...
Os novos modelos de mineradores contínuos são quase todos
equipados com scrubbers. A eficiência total varia de 60 a 75%.
Quando a poeira é excessiva, o scrubber necessita de
manutenção freqüente. Limpeza do filtro e do duto são
necessárias.
SCRUBBERS E VENTILAÇÃO POR INSUFLAÇÃO:
Na ventilação por insuflação, o ar fresco é dirigido pela cortina
em direção à face. Este ar fresco dilui e desloca poeira para a
face da mineração. Após a remoção da poeira, o ar é
descarregado pela parte traseira do scrubber.
Operador remoto controlando o minerador cont.
SCRUBBERS E VENTILAÇÃO POR INSUFLAÇÃO:
A posição do operador tem grande influência no quanto ele será
afetado pelo ar contaminado.
Estudos comprovam que mudando o operador para a posição 2,
existe uma diminuição de 94% do nível de exposição deste.
2
SCRUBBERS E VENTILAÇÃO POR INSUFLAÇÃO:
Fatores que causam elevados níveis de poeiras:
• posição do operador;
• manutenção do scrubber;
• ventilação e sprays;
• vazão de ar fresco.
SCRUBBERS E VENTILAÇÃO POR EXAUSTÃO:
Na ventilação auxiliar por exaustão utilizando scrubbers, a
posição do operador também influencia no nível de exposição que este
sofre. As opções são melhores, pois existem mais lugares para o
trabalhador se posicionar.
 Tanto a posição A quanto a
posição B estão localizadas
paralelas ao final da linha de
cortina.
 No caso do operador na
posição A se movimentar, o
nível de exposição não muda
muito. Porém, no caso do
operador na posição B, o nível
de exposição aumenta bastante,
pois ele sairá da zona de
entrada de ar fresco.
____________
Ventilação auxiliar
Sprays
São geradores de spray d’água. Em minas modernas
de carvão, a maioria das máquinas de corte, carregamento
e mineradores contínuos possuem atomizadores para
supressão de poeiras.
Ventilação auxiliar
Sprays...
A utilização de água após o desmonte é muito importante, pois
partículas finas de poeira são geradas. Assim, pequenas partículas ficam
presas nas superfícies das galerias e não dissipadas no ar, e a água
consegue removê-las.
Naturalmente, o uso excessivo de água pode gerar um nível alto
de umidade, o que pode significar problemas como dificuldades no
manejo de materiais e problemas na operação.
Ventilação auxiliar
Arranjo do sistema de ventilação auxiliar:
Cortinas, ventiladores e dispositivos especiais de
ventilação podem ser arranjados em uma ampla
variedade de configurações dependendo dos
contaminantes envolvidos, limitações de espaço,
equipamentos de mineração que estão sendo
empregados, limitações de ruídos, além de considerações
de custo e viabilidade.
Ventilação auxiliar por insuflação ou exaustão
A ventilação auxiliar em fundo-de-saco pode ser:
- por insuflação
- por exaustão.
A seleção de um sistema por insuflação ou exaustão deve
ser considerada com cuidado.
A insuflação se aplica a sistemas em que velocidades mais
altas de fluxo são dirigidas para a face, tanto pelo lado
estreito de uma cortina quanto por uma tubulação com
pressão positiva.
Quando o ar é sugado da face, tanto por tubulação com
pressão negativa quanto pelo lado estreito de uma
cortina, o sistema é de exaustão.
Ventilação auxiliar
Ventilação
auxiliar
insufladora
Ventilação
auxiliar
exaustora
Usos da ventilação auxiliar: fundo-de-saco em fase de
desenvolvimento de rampa de acesso !
Usos da ventilação auxiliar: fundo-de-saco em fase
de abertura de shaft !
Ventilação auxiliar
Os seguintes fatores devem ser considerados na seleção de
um sistema de insuflação ou exaustão:
1- A maior velocidade do ar resultante da insuflação é
mais efetiva para maiores distâncias da saída do que na
exaustão. Essa desvantagem do sistema de exaustão só
pode ser superada pela colocação da entrada de ar mais
próxima da face, o que nem sempre é possível;
2- A insuflação por tubulação pode buscar o ar em um
lugar qualquer de origem e levá-lo até o ponto de
utilização sem sofrer contaminações no caminho, ao
passo que, na exaustão, o ar pode passar por galerias de
transporte e mesmo áreas mineradas ou outras frentes de
trabalho, chegando pré-contaminado ao ponto de
utilização;
Ventilação auxiliar
3- A insuflação convencional provoca a contaminação
com poeiras e/ou gases, levando-os além da face,
podendo até mesmo aumentar a taxa de poeira em
suspensão. A exaustão retira os contaminantes à medida
em que são gerados na face, podendo até melhorar a
visibilidade;
4- A insuflação permite o uso de tubulação colapsável,
que é mais fácil de manusear e mais barata do que a
tubulação rígida;
Ventilação auxiliar
5- A insuflação produz concentração mais baixas de
contaminantes inflamáveis/explosivos passando pelo
ventilador;
6- A sensação térmica pode ser de temperatura mais baixa
quando usa-se insuflação.
Ventilação
auxiliar
insufladora
Ventilação auxiliar
Combinações
(superposições) na
ventilação auxiliar:
É possível usar uma
combinação de
insuflação e exaustão
para obter maior
eficácia nas situações
em que um único
ventilador não possui
capacidade suficiente
para fornecer a vazão
requerida em
tubulações muito
longas .
Ventilação auxiliar
Combinações na ventilação auxiliar:
Quando a disposição e vazão dos arranjos
combinados não forem corretas, problemas de
recirculação de poeira e gases vão ocorrer.
Ventilação auxiliar
Combinações na ventilação
auxiliar:
Ao lado, duas situações
onde a superposição não
está adequadamente
configurada.
____________
Estimativas de perdas de carga em dutos de
ventilação auxiliar:
É possível calcular as perdas de carga em dutos de
ventilação auxiliar a partir das equações de perdas por atrito e
turbulência vistas anteriormente.
Entretanto, os fabricantes de dutos flexíveis costumam
fornecer bons valores para as perdas verificadas em seus
materiais.
Uma forma de apresentação das perdas encontra-se no
ábaco do próximo slide.
Ábaco para cálculo da perda de pressão por metro de duto
flexível (fabricante Vinivento-Sansuy):
Exemplo:
Duto de diâmetro 1000mm;
Vazão de ar através do duto: 30 m3/s (108000 m3/hora);
Perda de carga no duto:
2.7 mmCA/metro.
Obs.:A perda de carga indicada no ábaco refere-se a segmentos retos.
Dobras no duto aumentam a perda de carga consideravelmente.
Exercícios:
a) Suponha que um ventilador axial é capaz de fornecer 30m3/s a uma
pressão estática de 120mmCA (livre de “stall”).
Qual o máximo comprimento de dutos de ventilação auxiliar de
diâmetro 1000mm ao qual este ventilador poderá ser conectado, de
forma que ainda mantenha uma vazão mínima de 30m3/s ?
R.: 44 metros.
b) Para as mesmas condições (30m3/s e 120mmCA), qual o máximo
comprimento de dutos de ventilação auxiliar de 1200mm de diâmetro
que podem ser conectados, mantendo a vazão mínima de 30m3/s?
R.: 133 metros.
c) Suponha que na situação (a) seja feita uma tentativa de uso de dois
dutos flexíveis de 600mm de diâmetro instalados em paralelo,
substituindo o duto de 1000mm. Qual o máximo comprimento possível
para os dutos de 600mm, para fornecer a mesma vazão (30m3/s) ?
R.: 15 metros.
____________
4.Layouts de ventilação
Sistemas de ventilação em minas
Componentes do sistema de ventilação:
- ventilação mecânica + vent. natural
- galerias e outras aberturas conectadas
- elementos de controle do fluxo de ar
(barragens,tapumes, portas, reguladores, etc.)
A distribuição do ar na mina deve ser efetiva:
direção e quantidade de ar devem ser
controlados.
Layouts de ventilação
Direção do fluxo de ar em subsolo:
Pelo menos duas aberturas devem estar
presentes na mina: entrada e saída de ar
(exceção – trabalhos de desenvolvimento).
Rotas de acesso e retorno às frentes de
serviço percorridas pelos trabalhadores
devem ser feitas em galerias de ar fresco.
Layouts de ventilação
Mapeamento da ventilação na mina
É necessário verificar periodicamente a vazão de
ventilação para:
Melhorar a eficiência da distribuição do ar
nas áreas de trabalho (fazer o balanço de fluxo);
Localizar e determinar a causa de galerias
com alta resistência;
Localizar e determinar a causa de fugas,
perdas de ar e recirculação;
Planejar a provável direção do fluxo para
novas galerias e a locação dos ventiladores.
Layouts de ventilação
Fugas:
São perdas de vazão do circuito de entrada
de ar para o retorno, que ocorrem de modo não
intencional. As fugas são a causa mais
comum de ineficiência na distribuição do ar em
minas subterrâneas.
Pontos de ocorrência de
fugas ...
Layouts de ventilação
Locais onde ocorrem as fugas:
Ocorrem em frestas e/ou trincas localizadas em
portas de ventilação, barragens, crossings e tapumes. Às
Às vezes, fraturas no próprio maciço (p.ex. em pilares)
podem ocasionar fugas de ar.
A intensidade das fugas depende do estado de
conservação e acabamento dos divisores de ar e também
do diferencial de pressão ao qual estão sujeitos (maior
diferencial de pressão  maiores fugas).
Fugas em minas de carvão: representam em média 50%
da vazão total da mina.
Fugas em minas metalíferas: 25% em média.
Layouts de ventilação
Estudos relacionando as fugas (leakage) em conjuntos de
barragens (stoppings) adjacentes em minas de carvão
mostraram os seguintes resultados:
Vazão da fuga
Número de barragens
adjacentes
L = comprimento de
galeria monitorado
H = diferença de pressão
através das barragens
____________
Layouts de ventilação
Ventiladores principais de minas subterrâneas:
Grande parte das minas atualmente organiza o circuito
de ventilação de modo a operar por exaustão, com os
ventiladores principais posicionados na superfície.
Para reduzir resistências, deve-se usar os poços de
exaustão exclusivamente para a ventilação, sem funções de
movimentação de produção, pessoal e materiais.
Layouts de ventilação
Vantagens em posicionar o ventilador principal na
superfície ...
Facilidade de instalação – em superfície existe mais
espaço para instalar o equipamento;
Facilidade de acesso – o ventilador apresenta acesso
mais imediato em caso de manutenção ou desastres (fogo e
inundações);
Segurança – o ventilador fica menos vulnerável a
desastres e problemas de instabilidade do maciço rochoso.
Layouts de ventilação
Porém, em superfície...
- haverá maior geração de ruído e possíveis
problemas com vizinhos. Existem abafadores de ruído
que podem ser instalados nos ventiladores, mas esses
dispositivos diminuem a vazão do equipamento.
- a construção de superfície que envolve o
ventilador pode apresentar fugas, chegando
eventualmente a 20% (neste caso, em relação à vazão
total movimentada pelo ventilador, apenas 80% seria ar
proveniente da mina).
Velocidades do ar recomendadas para poços:
- poços verticais usados exclusivamente para ventilação
(não equipados) = 18 a 22m/s;
- poços verticais equipados = 10 a 12m/s.
(Ref.: The mine ventilation practitioner's data book; ed. Dr. A.M. Patterson;
Mine Ventilation Society of South Africa, 1992)
Para ventiladores principais, é preferível instalar 2
unidades em paralelo do que apenas uma unidade. A
razão é que, na associação em paralelo, um ventilador
produzirá 66% da vazão quando o outro estiver
bloqueado para reparos.
(The Hard Rock Miner’s Handbook, Ed. 3, 2003 McIntosh Engineering Limited)
____________
Layouts de ventilação
Diferenças entre ventilação de minas metalíferas e
de carvão:
-diferem pelas características do método
de mineração e pelos tipos de gases
contaminantes.
Carvão  jazidas tabulares horizontalizadas;
métodos de lavra...
Câmaras e pilares;
Longwall.
Layouts de ventilação
Minas metalíferas  jazimentos verticalizados são
comuns.
Métodos de lavra...
C&P, Stope&pillar, SLS, Shrinkage, Sublevel
caving, Block caving, Cut and Fill, etc.
Layouts de ventilação
Diferenças nos contaminantes do ar:
Em muitas minas de carvão, o poluente
primário é o metano (explosivo).
Em minas metalíferas, gases originados
por detonações e uso de diesel são os
poluentes primários.
Ventilação é prioridade maior em minas de
carvão do que em metalíferas, com custos
maiores no carvão.
Layouts de ventilação
Características da ventilação de minas
de carvão:
-uso de exaustores locados na superfície,
ocasionando depressão no ambiente de
subsolo;
-grandes fugas de ar;
-grande número de barragens (e problemas
de conservação);
-grande necessidade de ar (presença de
metano e poeira);
-sistema de bleeders;
-boosters em subsolo são permitidos no
Brasil.
Minas de carvão
Posicionamento dos acessos principais (planos
inclinados e poços) em minas de carvão:
- o posicionamento ideal procura manter a resistência
equivalente do circuito aproximadamente constante ao longo
da vida da mina;
- isto pode ser obtido colocando os acessos principais
no centro da área a ser minerada;
Minas de carvão
Posicionamento dos acessos ...
- se o posicionamento central não for possível, a
resistência equivalente do circuito irá aumentar e também as
perdas de ar (fugas) devido ao alongamento do circuito de
ventilação, dificultando a manutenção das vazões
necessárias nas frentes de serviço;
- quando o circuito se alonga, pode-se perfurar poços
adicionais na periferia das áreas mineráveis, servindo como
entradas ou saídas de ar, reduzindo-se as fugas e a
resistência do circuito de ventilação.
Minas de carvão
Posicionamento dos acessos principais longe do centro da área
minerada...
Exemplo de mina de carvão com acessos
principais longe do centro da área
minerada (mina em SC)
Minas de carvão
Exemplos de sistemas de ventilação em eixos e painéis de lavra ...
 “tubo em U” (fig. esq.)
 ventilação direta através do painel (fig. dir.)
Minas de carvão
Exemplos de circuito de ventilação com painéis usando o
sistemas de ventilação “tubo em U”.
Mineração de carvão
Detalhe da organização
de um painel de lavra e
sua conexão com eixo
de desenvolvimento
(mina de carvão em
S.Catarina, método de
câmaras e pilares).
Ventilação “tubo em U”
no painel.
Carvão
Detalhe da
ventilação na
frente de
produção em
mina de carvão
em S.Catarina:
Layouts-carvão
 Boosters em circuitos de ventilação:
- alternativa em geral mais econômica para alterar a distribuição
de vazões em áreas específicas da mina (é mais interessante do
que aumentar a ventilação principal ou usar reguladores para
deslocar parte da vazão de um setor para outro da mina);
- os boosters podem ser ventiladores de baixa potência (p.ex. no
carvão, quando usados para fornecer vazão em painel de lavra
específico) ou potências maiores (em outras minas, onde vários
boosters podem estar associados em paralelo, auxiliando a
ventilação principal);
-sempre que possível, os boosters são posicionados em galerias
de retorno de ar, deixando o circuito de entrada de ar fresco livre
para acesso;
Layouts-carvão
Exemplo de instalação de boosters (associação em
paralelo) em galeria de subsolo ...
Layouts-carvão
Exemplo de uso de boosters em mina de carvão (figura abaixo):
- circuito consistindo de uma entrada principal via plano inclinado +
eixos de mina + painéis de lavra + exaustão geral por poço;
-circuito de ar limpo (azul) e ar contaminado (vermelho);
Layouts-carvão
Vazão de ar
desejada/obtida (m3/s):
Vazão
desejada
Vazão
obtida
Painel 1
25
19.1
Painel 3
25
20.8
Painel 4
15
31.6
Ou seja, painéis 1 e 3
estão com vazões
insuficientes;
painel 4 está com vazão
excessiva.
Para resolver o
problema …
usar boosters nos painéis
1 e 3, redistribuindo as
vazões !!!
Layouts-carvão
-Bleeders:
técnica de ventilação usada para diluir o
metano durante a lavra em retrocesso no
método Longwall ou recuperação de pilares
(no Câmaras e pilares). Consiste em ventilar a
área já minerada (gob) do painel ainda em
atividade para impedir a concentração de
metano. Isto é feito usando-se reguladores no
painel e a permeabilidade existente na zona
minerada. Bleeders podem ser auxiliados por
desgaseificação por boreholes.
Layouts
Minas de carvão: bleeders
no Longwall em recuo.
Layouts-carvão
Variações de
sistemas para
minas de
carvão
empregando
Longwall ...
Layouts-carvão
Duas variações comuns para Longwall em recuo, em jazidas
com significativa presença de metano, são as apresentadas
nos diagramas (c) e (e). Os acessos laterais do painel
podem ser compostos por duas ou mais galerias.
As vazões de ar comuns passando pela face de Longwall
são da ordem de 25 – 35m3/s, em frentes de alta produção
(as vazões dependem da taxa de liberação de metano).
Layouts de ventilação
Ventilação de minas metalíferas:
Em modernas minas metalíferas, a prática é
usar múltiplos ventiladores: ventiladores
principais na superfície e boosters em subsolo
para direcionar o fluxo para áreas de trabalho.
Desvantagens do uso de múltiplos
ventiladores: é mais difícil controlar e analisar o
circuito de ventilação. Entretanto, se houver
falha de um ventilador, o impacto no circuito é
menor e mais fácil de remediar.
Layouts de ventilação
Ventilação de minas metalíferas:
-uso de equipamentos diesel;
-menores fugas;
-as galerias são projetadas com a menor
área de seção possível, devido aos altos
custos de desenvolvimento (grande parte
feito em material estéril). Isto acarreta
circuitos com maiores resistências
aerodinâmicas.
Layouts de ventilação
Exemplo de mina metalífera: ventiladores principais (shaft
3 e 4) na superfície e atuando por exaustão.
Layouts de ventilação
Minas metalíferas:
Características gerais dos layouts em minas
metalíferas...
Entrada da ventilação e saída em lados
opostos dos stopes, o que permite eliminar a
ventilação de fundo-de-saco na produção.
Ventilação ascendente (do nível mais baixo
para o mais alto) em corpos verticalizados, com o
ar sendo conduzido por raises (chaminés) para os
níveis superiores.
Layouts de ventilação
Minas metalíferas: configuração simplificada.
Layouts de ventilação
Minas metalíferas:
configuração onde o ar limpo entra pela rampa principal e é
distribuído pelos níveis, saindo pelo poço de exaustão.
Layouts de ventilação
Minas metalíferas: detalhes dos stopes no método de
lavra Shrinkage
Layouts de ventilação
Minas metalíferas: detalhes dos stopes no método de lavra
Sublevel Stoping
Layouts de ventilação
Sublevel stoping: Orosur – San Gregorio – Uruguai (2013)
Layouts de ventilação
Minas metalíferas: detalhes dos stopes no método de lavra
Cut-and-Fill
Rampa de
entrada
principal
de ar
fresco
Poço de
ventilação
(upcast shaft)
Layouts de ventilação
Esquema genérico de ventilação no método de lavra Cut-and-Fill: ar
limpo vindo da superfície é fornecido pela rampa, passa pelo realce
(parte interna do stope), a seguir é direcionado para a exaustão por
raises.
Raise
Rampa
Travessa
Realce
Raise
Layouts de ventilação
Esquemas de ventilação no Cut-and-Fill – Mina Cuibá (AngloGold
Ashanti, Minas Gerais):
Layouts de ventilação
Esquemas de ventilação no Cut-and-Fill – Mina Cuibá (AngloGold
Ashanti, Minas Gerais):
Layouts de ventilação
Esquemas de ventilação no Cut-and-Fill – Mina Cuibá (AngloGold
Ashanti, Minas Gerais):
Layouts de ventilação
Minas metalíferas: detalhes do método de lavra Sublevel Caving
Layouts de ventilação
Minas metalíferas: detalhe dos stopes no método de
lavra VCR
Layouts de ventilação
Minas metalíferas:
5.Leis da Ventilação
Durante o escoamento do ar em galerias de mina
subterrânea, ele perde pressão (sofre “perdas de
carga”), de dois modos:
- por atrito do fluido contra a superfície das
galerias (perdas Hf);
- por turbulência (mudanças de direção em
curvas,
alargamentos
e
estreitamentos
das
galeiras; perdas Hx).

A perda total é dada por:
Ht = Hf + Hx

A perda de carga é um parâmetro usado na seleção
de ventiladores !
 Perdas Hf por atrito (equação de Atkinson):
Hf = _k P L_ Q2
A3
No Sistema Internacional de unidades (S.I.), temse:
Hf em Pa (N/m2);
k , fator de atrito, dado em Ns2m-4;
P, perímetro da galeria, dado em m;
L, comprimento da galeria, dado em m;
A, área de seção da galeria, dada em m2;
Q, vazão de ar, dada em m3/s.
O fator de atrito k é um parâmetro importante e pode ser obtido em
tabelas ou por meio de medidas conduzidas nos locais de
interesse.
Em geral, o valor de k apresenta-se entre 0.01 e
0.02 Ns2m-4.
A tabela a seguir, retirada de Hartman et al.
(1997, cap.5), serve para estimar k em galerias de minas de
carvão.
Tipo de
galeria
Retilínea
Sinuosa
Limpa
Pouco
obstruída
Moderadam.
obstruída
Limpa
Pouco
obstruída
Moderadam.
obstruída
Acabamento
suave *
0.0046
0.0052
0.0061
0.0055
0.0069
0.0076
Desmonte
convencional
0.008
0.0091
0.0110
0.0110
0.0121
0.0140
Com
escoramento
de madeira
0.012
0.0134
0.015
0.0160
0.0164
0.0170
Todos os valores de k estão em Ns2m-4.
* Acabamento suave refere-se às galerias executadas com minerador contínuo, roadheader, raise
drill ou TBM.
Valores
de
k
para
galerias
de
minas
ñ-carvão
encontram-se na tabela abaixo.
Tipo de
galeria
Sinuosa
Retilínea
Pouco
sinuosa
Moderadamente
sinuosa
Muito
sinuosa
Acabamento
Suave
0.0037
0.0056
0.0065
0.0083
Rochas
Sedimentares
0.0111
0.0130
0.0139
0.0158
Escoramento
em madeira
0.0185
0.0204
0.0213
0.0232
Rochas
ígneas
0.0278
0.0297
0.0306
0.0325
Valores de k para dutos usados na ventilação auxiliar de
galerias desenvolvidas em fundo-de-saco:
Os valores de k descritos nas tabelas anteriores são
relativos a uma condição-padrão de massa específica do
ar, correspondente a 1.201 kg/m3 (ou 0.075 lb/ft3),
registrada quando o ar encontra-se ao nível do mar e a
uma temperatura de 21.1oC.
Caso a massa específica do ar (ρ) na condição de
interesse seja diferente da condição-padrão, deve-se
corrigir o valor de k, da seguinte forma:
kcorrigido = ktabelado (ρ/1.201) .
As variáveis
_k P L_ podem ser condensadas em
A3
um único parâmetro Rf, denominado “resistência de
galeria”.
Rf é dado (no SI) em Ns2m-8.
Assim, Hf pode ser escrito como:
Hf = Rf Q2 = _k P L_ Q2
A3
Exemplo:
Calcule as perdas de pressão por atrito originadas pela
passagem de 200 m3/s de ar através de uma galeria de
seção 4 x 5m e 100m de comprimento.
Supor k = 0.01 Ns2m-4.
P = 5x2 + 4x2 = 18m
L = 100m
A = 4x5 = 20 m2
Rf = 0.01 x 18 x 100 = 0.00225 Ns2m-8
203
Hf = 0.00225 (200)2 = 90 Pa .
Continuação:
Mantendo-se os dados do exemplo anterior, quais as
perdas de pressão por atrito alterando-se apenas a
área de seção da galeria para 1.7 x 2m ?
P = 1.7x2 + 2x2 = 7.4m
A = 1.7x2 = 3.4 m2
Rf = 0.01 x 7.4 x 100 = 0.188 Ns2m-8
3.43
Hf = 0.188 (200)2 = 7520 Pa .

Perdas de pressão Hx por turbulência do ar:
A obtenção de estimativas para Hx não é através de uma
equação simples como Hf. Em geral, usam-se tabelas ou
ábacos com valores originados experimentalmente.
Perdas por turbulência (“shock losses”) podem ser
transformadas
em
resistências
(no
caso,
Rx)
considerando que as perdas de pressão são expressas da
seguinte forma:
Hx = Xρv2 / 2 ,
onde ρ = massa específica do ar (kg/m3), v = velocidade
média de escoamento do ar (m/s), X = fator de perdas
por turbulência (adimensional).
Reescrevendo a Eq. de Atkinson apenas para as perdas
de pressão por “shock”, tem-se:
Hx = Rx Q2 = Rxv2 A2 = Xρv2 / 2.
Então, Rx = Xρ / (2 A2), de modo que Rx é a resistência
devida à turbulência do ar.
O fator X é estimado a partir de tabelas obtidas na
literatura. Alguns exemplos de configurações comuns em
mina subterrânea são apresentados a seguir, com seu
respectivo valor X.
Uma observação importante é a de que pequenas
variações na geometria das galerias podem provocar
significativa mudança em X em relação às aproximações
obtidas em tabelas.
Fator X para
situações:
perdas
por
turbulência
em
algumas
(Ref.: McPherson, M. J., 1993, Subsurface Ventilation and Environmental
Engineering, Ed. Chapman & Hall, London, Cap.5.3)
 Entrada de ar com arestas bem definidas
X = 0.5
 Entrada de ar por um duto
X = 1.0
 Entrada de ar com arestas arredondadas
X = 0.03 para r/D ≥ 0.2
 Saída de ar
X = 1.0
 Alargamento abrupto de galeria
A = área de seção
v = velocidade do ar
X2 = [A2/A1 -1]2; para a seção 2.
Se A2 >> A1, X1 = [1- A1/A2]2;
para a seção 1.
 Estreitamento abrupto de galeria
X = 0.5 [1- A2/A1]2
Rx = Xρ/(2A22)
 Curva de 90o em galeria de seção retangular
 Fluxo divergente de galeria para poço
X = 0.5 [1 + 2.5 v2/v1]
Rx = Xρ/(2A12)

Cálculo de Hx pelo método do comprimento equivalente:
Neste caso, as perdas por turbulência são expressas em
termos de um comprimento equivalente de uma galeria
retilínea e de geometria constante. Ou seja, determina-se
um comprimento adicional Lx (proporcionando uma perda de
carga Hx) que se somará ao comprimento L da galeria.
Assim, as perdas de carga totais para uma determinada
galeria que apresenta perda por atrito e por “shock”,
assumem a forma:
Ht = Hf + Hx = _k P (L+Lx) Q2
A3
.
A tabela do próximo slide contém algumas sugestões para
Lx, de acordo com as diversas fontes de perdas Hx.
Valores de Lx para algumas fontes de perdas Hx:
Origem da perda
Lx(m)
Origem da perda
Lx(m)
Entrada de ar
6
Expansão gradual
1
Saída (descarga)
20
Expansão abrupta
6
1
Bifurcação com
galeria divergente (90o)
60
Curva de 90o, com
cantos bem definidos
20
Crossing com
acabamento pobre
290
Contração gradual
1
Crossing com
bom acabamento
65
Curva de 90o, com
cantos arredondados
Contração abrupta
3
Curva característica de uma galeria:
A resistência total de uma galeria (atrito + turbulência) é dada
por Rt = Rf + Rx. A perda de carga total assume a forma ...
Ht = Rt Q2.
Costuma-se representar graficamente o comportamento de uma
galeria (ou conjunto de dutos conectados entre si) para diferentes
valores de vazão, da forma a seguir.
curva característica
100
90
80
perda de pressão

70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
vazão
30
40
Da observação da curva do slide anterior, denominada
curva característica da galeria (ou curva da mina, quando esta
representa a resistência de um circuito completo), conclui-se
que em altas vazões são geradas perdas de carga muito altas.
Exemplo:
Compare a perda de carga verificada em uma galeria de
resistência Rt = 0.1 Ns2m-8 quando escoam, numa primeira
situação, 50 m3/s de ar, com outra situação na qual escoam 100
m3/s .
Ht para 50m3/s ... Ht = 0.1 (50)2 = 250 Pa;
Ht para 100m3/s ... Ht = 0.1 (100)2 = 1000 Pa.
Ou seja, para uma vazão de 100m3/s, as perdas foram 4 vezes
maiores.
O valor Rt para uma determinada galeria ou conjunto
de galerias é aproximadamente constante e não depende da
vazão de ar que escoa no trecho.
Em decorrência disto, pode-se determinar a perda
de carga de uma galeria para qualquer vazão, usando a
equação Ht = Rt Q2 .
Em galerias onde o valor de Rt é maior, há maior dificuldade
à passagem do ar. O custo de fazer passar uma determinada
vazão Q em uma galeria também depende diretamente de Rt :
resistências maiores implicam em maiores custos de
ventilação.
Exemplo:
Calcular a resistência equivalente do circuito de ventilação da figura a seguir.
Considerar:
A1=20m2; perím.=18m
A2=15m2; perím.=16m
k=0.01 Ns2m-4
ρ=1.2kg/m3
Solução:
Resistências por atrito ... R1= kS/A3 = 0.01 x 18 x 500 / 203 = 0.011 Ns2m-8
R2= 0.01 x 16 x 500 / 153 = 0.024 Ns2m-8
Resistências por shock ... Entrada: X=0.5; Rx1=0.5 x 1.2 / (2 x 202) = 7.5x10-4 Ns2m-8
Saída: X=1.0; Rx2=1.0 x 1.2 / (2 x 152) = 0.0027 Ns2m-8
Contração A1/A2: X=0.5 [1 - 20/15]2 = 0.055 Ns2m-8
Rx3=0.055 x 1.2 / (2 x 152) = 1.5x10-4 Ns2m-8
Req = R1 + R2 + Rx1 + Rx2 + Rx3 = 0.038 Ns2m-8
Relação entre pressões e perdas de carga
para um fluido em escoamento
Para a situação em que um fluido como o ar escoa em
uma galeria, são definidas as seguintes pressões:
Pressão estática (PS) – é a pressão que atua igualmente
em todas as direções e resulta do estado termodinâmico
de agitação das moléculas do ar.
Pressão de velocidade (PV) – é a pressão resultante da
energia cinética das moléculas do ar, que move-se com
uma determinada velocidade v. PV = ρv2/2 , sendo ρ a
massa específica do ar e v a velocidade de escoamento.
Pressão total (PT) – representa a soma de PS e PV,
PT = PS + PV .
Supondo que o ar escoa com velocidade v em uma
galeria, cuja forma e rugosidade provoquem perdas Hf e
Hx (Ht = Hf + Hx), vale a seguinte relação:
PT1 = PT2 + Ht ,
onde PT1 e PT2 são as pressões totais observadas nos
pontos 1 e 2.
As componentes da pressão total PT podem ser
medidas de acordo com a ilustração a seguir, onde foram
usados manômetros de coluna d’água do tipo tubo em U.

Resistências equivalentes de associações de dutos
(galerias) de ventilação:
Em uma mina, galerias com R diferente encontramse conectadas umas às outras. Dependendo da
configuração da mina e do modo são feitas as
conexões, pode ser possível encontrar um valor de
R único representando todo o circuito de ar (é a
chamada “resistência equivalente” do circuito).
Para determinar a resistência equivalente do
circuito, é preciso identificar as associações de
dutos (galerias) de ventilação.

Tipos de associações simples de galerias:
Em série – a mesma vazão passa por R1 e R2; a perda de
carga total é a soma das perdas em R1 e R2.
Em paralelo – a vazão que passa em cada galeria é uma
fração da vazão total; a perda de carga em R1 é igual à
perda em R2.

Cálculo das resistências equivalentes:
Em série ...
Em paralelo ...
Req  R1  R2  ...
1
1
1


 ...
Req
R1
R2
Obs.: em uma associação de duas galerias em paralelo, a vazão na
galeria 1 é dada por ...
(QT = Q1 + Q2)

R2

R1

Q1 

R2
1


R1



Q
 T



Sempre que possível, deve-se conduzir o
ar por galerias em paralelo. A associação
em paralelo reduz drasticamente o valor
da resistência equivalente do trecho, de
forma que a condução do ar provoca
menores perdas de carga.
Exemplo:
Calcule a perda de carga originada pela passagem de
50 m3/s de ar em uma galeria com resistência total R =
0.1 Ns2m-8.
Ht = R Q2 ;
Ht = 0.1 (50)2 = 250 Pa
Exemplo:
Suponha que é possível colocar em paralelo duas
galerias, cada uma com R = 0.1 Ns2m-8. Qual a perda de carga
pela passagem de 50 m3/s ?
1
1
1


Req
R1
R2
R1 0.1
Req 

 0.025 Ns 2 m 8
4
4
Ht  Req Q2  0.025 x 502  62.5 Pa
Potência estática de ventilação:
É o produto da perda de carga Ht pela vazão que
passa em determinado trecho de galeria. A
potência estática de ventilação representa a
energia mecânica, por unidade de tempo, associada
ao escoamento do ar.
(Unidade do SI: watt)
Pot = Ht Q
Exemplo:
Qual a potência estática de ventilação empregada
quando há escoamento de 50 m3/s de ar por uma galeria em
que ocorre uma perda de carga de 62.5 Pa?
Pot = Ht Q = 62.5 x 50 = 3125 W.
Observação:
A potência estática de ventilação (Pot) não é igual à
potência elétrica real que será necessária para mover
uma determinada vazão. Para obter-se a potência
elétrica real, é preciso considerar ainda a pressão de
velocidade PV e os rendimentos característicos dos
ventiladores e motores empregados no sistema.
Exercícios gerais sobre leis da ventilação:
1 – Qual a pressão requerida para uma vazão de 5 m3/s de ar escoar através
de uma galeria circular de 3 m de diâmetro e 1200 m de comprimento (k
= 0.02 Ns2m-4) ?
Resp.: 16 Pa.
2 – Uma galeria de 1000 m de comprimento apresenta uma diferença de
pressão de 125 Pa. Qual a pressão de ventilação requerida para obterse esta mesma vazão quando a extensão da galeria for de 1800 m ?
Resp.: 225 Pa.
3 – Quando o diâmetro de um poço passar de 4 m para 6 m, qual a relação
requerida (p2/p1) na pressão de ventilação, para manter-se a mesma
vazão?
Resp.: p2/p1 ≈ 0.13.
4 – Um exaustor que proporciona 100 m3/s e uma depressão de 8000 Pa é
trocado por um novo que oferece 18 000 Pa. Calcule a nova quantidade
de ar que circulará na mina.
Resp.: 150 m3/s.
5 – Se 1000 Pa são necessários para fazer circular 20 m3/s, qual a pressão
requerida para circular 40 m3/s ?
Resp.: 4000 Pa.
6 – Qual a potência estática de ventilação quando 55 m3/s circulam sob uma
pressão de 900 Pa ?
Resp.: 49.5 kW.
7 – Em uma mina circulam 120 m3/s de ar a uma pressão de 3000 Pa.
Calcule a resistência equivalente do circuito e a potência de ventilação.
Resp.: 360 kW.
8 – Calcule a resistência combinada de duas galerias paralelas com R1 = 3.47
Ns2m-8 e R2 = 12 Ns2m-8.
Resp.: 1.46 Ns2m-8.
9 – Duas galerias paralelas de mesma seção transversal possuem 1000m e
500m de comprimento. A vazão total de ar é de 51 m3/s. Calcule a
vazão em cada galeria.
Resp.: Q1=21.13m3/s; Q2=29.87m3/s.
10 – Calcule o orifício equivalente de uma mina no qual circulam 120 m3/s, a
uma pressão de ventilação de 2400 Pa.
Resp.: a=3.02 m2.
11 – Para o circuito de ventilação da figura abaixo, determinar a resistência
equivalente e a pressão (estática) necessária para movimentar uma
vazão de 47.2 m3/s.
Finalmente, calcular a vazão de ar em cada
trecho do circuito.
Resistências (em Ns2m-8):
R1=0.0559;
R2=0.1342;
R3=0.1118;
R4=0.0838;
R5=0.1399;
R6=0.1453;
R7=0.1062;
R8=0.1677;
R9=0.1509;
R10=0.0447.
Solução:
Ra = R4 + R5 + R6 = 0.3689 Ns2m-8
Rb = R7 + R8 + R9 = 0.4248 Ns2m-8
Rc = Ra // R3 (associação em paralelo entre Ra e R3)
Rc = 0.047 Ns2m-8
Rd = R2 + Rc = 0.1811 Ns2m-8
Re = Rb // Rd ( assoc. em paralelo entre Rb e Rd)
Re = 0.066 Ns2m-8
Resistência equivalente do circuito ...
Rf = R1 + Re + R10 = 0.1666 Ns2m-8
Pressão estática para circular uma vazão de 47.2 m3/s ...
H = Rf Q2 = 0.1666 (47.2)2 = 371 Pa.
Vazões em cada trecho:
Q1 = Q10 = 47,2 m3/s
Q2 = 28,6 m3/s
Q3 = 18,4 m3/s
Q4 = Q5 = Q6 = 10,2 m3/s
Q7 = Q8 = Q9 = 18,6 m3/s
-----------------
6.Ventiladores

Ventiladores são os equipamentos que fornecem a
energia necessária ao ar para que ele se mova no
interior das galerias. Os ventiladores provocam
uma diferença de pressão no ambiente da mina; o
ar move-se devido a esta diferença de pressão.
Ventiladores
São equipamentos destinados a mover grandes
quantidades de ar, a pressões moderadas (em geral,
abaixo de 3 kPa).
Tipos de ventiladores
Axiais:
...
axiais e centrífugos
Nestes ventiladores, a direção do escoamento do
ar é aproximadamente paralela ao eixo do rotor.
É um
equipamento que permite o ajuste do ângulo de ataque
das pás (passo) do rotor, proporcionando um significativo
aumento de vazões (versatilidade), dependendo do passo
escolhido para a operação.
São os ventiladores mais
comumente usados em mina subterrânea.
Ventiladores axiais de vários tamanhos e
configurações
Ventilador axial instalado em mina subterrânea
Dispositivos de ajuste do ângulo de
ataque das pás (passo) do rotor
de um ventilador axial


Curvas características de ventiladores:
Cada modelo de ventilador possui um conjunto de
curvas que caracterizam seu desempenho. Existem
curvas de pressão, potência e eficiência em função
das vazões produzidas pelo equipamento.
Exemplo de curvas características
(ver próximo slide) ...
Uma desvantagem dos ventiladores axiais, em relação aos centrífugos, quando
operam em altas pressões: há uma zona de instabilidade de funcionamento em sua
curva característica pressão x vazão, representada pelo trecho E-D na figura abaixo.
Nestas condições (denominada stall condition), além da redução de eficiência, há uma
tendência de aumento da vibração no rotor, causando desgaste prematuro de peças. O
fabricante recomenda não operar nesta faixa de vazões.
Exemplo de curvas características de um ventilador axial, para vários
ângulos de ataque das pás do rotor. (Obs.: o aumento do ângulo de ataque
exige maior potência do motor elétrico, que deve ser adequadamente
dimensionado).
Curvas para
vários ângulos
de ataque
Curvas de um ventilador axial de 75 cv, vendido comercialmente.
Algumas questões a respeito do ventilador de 75cv
cujas curvas aparecem no slide anterior:
- Qual a pressão desenvolvida pelo ventilador quando a vazão
movida por ele é 20 m3/s ? (1 mmWG = 9.81 Pa)
Resp.: 200 mmWG (pressão total).
- Qual a potência consumida pelo motor elétrico do ventilador
quando a vazão é 20 m3/s ?
Resp.: 50 kW.
- Qual o custo de energia elétrica por dia de funcionamento deste
ventilador, supondo que ele movimenta 20 m3/s durante todo o
período (24 horas), considerando que o valor da energia é R$
0.20/kW-h ? (supor que a potência consumida é igual a potência
obtida da rede elétrica)
Resp.: 0.20 x 24 x 50kW = R$ 240,00 .
Redução de ruído em ventiladores axiais:
Algumas situações exigem redução de ruído por parte do
ventilador axial (ex.: ventilador instalado dentro de mina;
vent. próximo de zonas urbanas, ...).
Neste caso, os fabricantes fornecem dispositivos que diminuem
a emissão sonora dos ventiladores. Estes dispositivos
provocam uma certa perda de vazão, que deve ser
verificada com o fabricante.
Redutores de ruído ...
Ventilador

Pressões em um ventilador:
A Pressão total (PT) de um ventilador, para uma
dada vazão, refere-se à soma da Pressão estática
(PS)
e
da
Pressão
de
velocidade
(PV)
desenvolvidas pelo equipamento.
PT = PS + PV
Obs.: no cálculo da PV, usa-se a velocidade do ar na
saída do rotor do equipamento. Em unidades inglesas,
PV = (CFM/4005 x Área)2.
Ventiladores
Ventiladores Centrífugos:
São equipamentos nos quais o ar penetra na
direção do rotor e é despejado radialmente.
Atualmente, sua aplicação em mina subterrânea está
ligada à necessidade de se obter altas pressões. São
ventiladores mais robustos (menos manutenção),
porém são de maior custo de aquisição e não
permitem ajuste do passo.

Ponto de operação de um ventilador:
É o ponto de equilíbrio entre a pressão estática
(PS) fornecida pelo ventilador e as perdas totais de
pressão (Ht) provocadas durante o escoamento do
ar (então, PS=Ht). O ponto de operação define o
regime de funcionamento do equipamento em
termos de pressão e vazão, quando conectado a um
circuito de ventilação.
Para obter-se o ponto de operação, superpõe-se a
curva da mina e a curva característica do ventilador
em um gráfico Q x P .
Ponto de operação de um ventilador
Ponto de
operação
 O ponto de operação de um ventilador pode mudar
durante seu funcionamento.
É comum ocorrerem
mudanças no circuito de ventilação e estas mudanças
induzirem alterações no ponto de operação do
equipamento.
Alongamentos dos circuitos de ventilação provocam
aumento de resistência equivalente, de modo que o
ventilador responderá com redução de vazão a estas
mudanças (...e aumento da pressão de operação).
Em outras situações, a abertura de portões ou
barragens fará com que o circuito de ventilação tenha
sua resistência reduzida, provocando aumento de vazão
nos ventiladores.
Exercício:
Calcular a resistência equivalente (REQ) do circuito de ventilação
da figura ao lado, considerando que as perdas de carga e as
vazões de cada trecho estão discriminadas diretamente no
diagrama. Encontrar o ponto de operação para o ventilador cuja
curva característica encontra-se na Tabela A, quando conectado
ao circuito.
Tabela A:
curva característica do
ventilador
Pressão
estática (Pa)
Vazão
(m3/s)
500
30
1000
20
1500
2
Solução:
REQ = RAB + RCD + RDE
RAB = 61/(18.8)2 = 0.17 Ns2m-8
RCD = 124/(18.8)2 = 0.35 Ns2m-8
RDE = 88/(18.8)2 = 0.25 Ns2m-8
REQ = 0.17 + 0.35 + 0.25 = 0.77 Ns2m-8
Ponto de operação (conf. solução
gráfica ao lado):
H = 610 Pa (pressão do ventilador)
Q = 27 m3/s

Associações de ventiladores:
Associações de ventiladores tornam possível atender-se a uma
variada gama de combinações de perdas de carga e vazões, a
partir de um conjunto limitado de ventiladores.
A forma comum de associar ventiladores é colocando-os em
série ou paralelo.
Ventiladores são, em geral, conectados em série quando desejase obter uma determinada vazão, mesmo com resistências de
mina crescentes (p.ex. quando o circuito de mina está se
alongando).
Ventiladores em paralelo são usados quando se quer um
aumento significativo de vazões, com resistências de mina
aproximadamente constantes.
Existem
métodos
gráficos
para
conhecer-se
a
curva
característica resultante e o ponto de operação de uma
associação de ventiladores, os quais serão vistos a seguir.
Associação de ventiladores em série:
A figura abaixo mostra dois ventiladores, a e b, posicionados em
série
em
uma
galeria
única.
A
curva
característica
desta
combinação é obtida adicionando as pressões individuais dos
ventiladores, para cada valor específico de vazão.
O ponto de
operação efetivo é C, sendo que em cada ventilador passa a
mesma vazão, Q.
Nas associações de ventiladores em série:
- podem ser usados ventiladores diferentes, porém o
mais comum é usar-se ventiladores iguais;
- se um ventilador é muito mais potente que outro, ou a
resistência do sistema é muito baixa, o ventilador mais
fraco não produzirá efeito, podendo até mesmo servir
como uma resistência adicional ao sistema.
Exemplo de ventiladores instalados em série: ventilação
auxiliar em fundo-de-saco
Exercício:
Supondo que dois ventiladores estão associados em série (a curva característica de
cada um deles é dada na tabela abaixo) e conectados a uma mina cuja resistência
equivalente é 1.1 Ns2m-8, calcule o ponto de operação do conjunto.
Ponto de operação: 30m3/s; 1000Pa
Curva da associação em série
4000
vazão(m3/s)
3500
1800
10
3000
1500
18
1000
25
500
30
200
32
pressão (Pa)
pressão(Pa)
2500
2000
1500
1000
500
0
0
10
20
30
40
50
60
vazão (m 3/s)
Curva da mina
Associação de ventiladores em paralelo:
Se os ventiladores a e b (fig. abaixo) estão associados em paralelo, então
através de cada ventilador passa uma dada vazão (Qa e Qb), a uma mesma
pressão p. A curva característica desta combinação é obtida adicionando
vazões individuais dos ventiladores, para cada valor específico de pressão.
O ponto de operação efetivo do sistema está representado em C.
As associações de ventiladores em paralelo:
- são mais indicadas quando a resistência do circuito é
baixa; neste caso, os ganhos em vazão são maiores;
- podem ser feitas com ventiladores diferentes, mas isto
pode provocar “stalling” no ventilador mais fraco.
Exemplo de associação de ventiladores em paralelo: três
ventiladores fazendo exaustão em poço de ventilação
Exercício:
Supondo que os dois ventiladores do exemplo anterior estão associados em
paralelo e conectados à mina cuja resistência equivalente é 1.1 Ns2m-8,
calcule o ponto de operação do conjunto.
Curva da associação em paralelo
Ponto de operação: 37m3/s; 1450Pa
4000
3500
pressão (Pa)
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
10
20
30
40
50
60
vazão (m 3/s)
Curva da mina
Algumas definições relacionadas com eficiência e potência de
ventiladores (extraído de McPherson, M. J., 1993, Subsurface
Ventilation and Environmental Engineering, Ed. Chapman & Hall,
London., cap.10):
Potência estática de ventilação (Airpower) ... Pot = Ht Q
Potência disponível no eixo do motor elétrico ... Shaft power ou brake
horsepower (BHP)
Relação entre shaft power e potência elétrica consumida da rede (input
power) pelo motor do ventilador ... Shaft power/input power ≈ 0.85
Eficiência total (Total efficiency) ... Fan total pressure/shaft power
Eficiência estática (Static efficiency) ... Fan static pressure/shaft power
Seleção de ventiladores
Diferentes fabricantes de ventiladores
possuem procedimentos similares para fazer
a escolha do equipamento adequado a uma
determinada situação.
A seguir, será visto
o procedimento empregado na seleção
rápida de ventiladores axiais da marca
Chicago Blower. Para aplicá-lo, usa-se a
Tabela II ao lado, e a carta de opções de
ventiladores (próximo slide), classificados
de acordo com as faixas de pressão total e
vazões que podem ser geradas para cada
modelo de ventilador axial.
Carta de opções de ventiladores
Passos para a seleção:
1-Entre na carta com a Vazão (Q) e a Pressão estática
(PS) requeridas.
Determine o ventilador mais
eficiente. (PS é igual às perdas Ht do circuito de
mina, para a vazão Q).
2-A carta é baseada na Pressão total (PT), igual a PS +
PV.
A Pressão de velocidade (PV) deve ser
determinada usando a equação PV=(Q/(A x 4005))2,
sendo Q a vazão em CFM, A a área encontrada na
Tabela II (em ft2).
3-Voltar à carta e conferir se sua seleção está correta,
baseada na Pressão total. Se não estiver, recalcular
PV para um novo ventilador determinado.
4-Calcular
o
BHP
aproximado
por:
BHP
=
(Q x PT)/(6361 x eficiência).
Observe que as
unidades usadas são do sistema inglês. As condições
padronizadas de funcionamento do ventilador
referem-se a massa específica do ar = 1.2 kg/m3 e
t=70oF.
Esta é uma pré-seleção de equipamento.
Uma verificação
definitiva deve ser feita com as curvas próprias do
equipamento selecionado. Um ponto importante é que, no
passo 1, a vazão e pressão estática requeridas devem ser
estimadas por quem está adquirindo o ventilador.
Exemplo:
1-Considere a necessidade de um ventilador para 66760
m3/h, com PS = 101.6 mmCA. Convertendo para as
unidades da carta: Q = 40 000 CFM; PS= 4” WG.
Entrando na carta com estes valores, obtém-se o
modelo 4450-B6-1760 rpm e 80% de eficiência.
2-Calcula-se para este modelo PV=(40000/(4005
10.80))2 = 0.86”WG, onde PT=4,86”WG.
x
3-Volte à carta com PT=4.86”WG; obtém-se o mesmo
modelo. Está confirmada a seleção.
4-Calcule o BHP aproximado: BHP=(40 000 x 4.86)/(6362
x 0.8) = 38 HP.
5-O ventilador axial para atender às necessidades opera
em 1760 rpm, absorvendo 38HP.
-----------------
________________________________________________
Algumas conversões de unidades úteis
________________________________________________
1 mmCA = 1 mmWG = 10 Pa
1 in.WG = 254 Pa
1 atm = 101 325 Pa
1 CV = 735.5 W
1 HP = 745.7 W
1 CV = 0.9863 HP
1 cfm = 0.0283 m3/min = 4.72x10-4 m3/s
-----------------
6.CONTROLE DA VENTILAÇÃO

Objetivos:
Manter
as
condições
de
higiene
segurança dos trabalhadores

O que devemos medir?
-
Vazão
Velocidade do ar
Pressão
Temperatura
Umidade
Contaminantes (gases e poeiras)
e
VAZÃO
- é o parâmetro principal de ventilação.
- O controle de vazão serve para:

Verificar se as necessidades de ar e limites de
velocidade estão sendo atendidos;

Localizar fugas no circuito de ventilação;

Verificar o ponto de operação dos ventiladores da
mina (principal e auxiliares).
VAZÃO (Q)
Q=V·A
(m3/s
ou m3/min)
V= velocidade do fluxo de ar;
A= área da seção transversal da galeria.
Dependendo da velocidade do fluxo de ar, diferentes
tipos de equipamentos de medida podem ser utilizados.
O equipamento mais utilizado em mineração é o
anemômetro de pás.
Anemômetro de pás
Outros equipamentos para
medidas de vazão:
Termoanemômetros;
Tubo de fumaça;
Velômetros;
Tubo de Pitot.
Procedimentos de medida
Dependem
disponível.

principalmente
do
tipo
de
equipamento
Anemômetros de medição instantânea: possuem tempo de
integração muito curto, medindo a velocidade instantânea
de escoamento do ar que passa pelo equipamento.
Posicionamento do anemômetro na galeria
Continuação...

Anemômetros integradores: medem a velocidade média de
escoamento do ar após um certo tempo de integração (1
minuto, p.ex.).
Exemplo de levantamento de vazão ...
Exemplo de registros de levantamento de vazão ...
PRESSÃO

Medidas de diferenças de pressão do ar entre pontos
distintos no interior da mina dão informações sobre as
perdas de carga no circuito de ventilação.

Objetivos:
-
Estimar a resistência equivalente total e de trechos do
circuito de ventilação;
-
Localizar fugas no circuito de ventilação;
-
Verificar
os
pontos
de
operação
dos
ventiladores
principais da mina em sua curva característica P x Q.
Continuação...

As medidas de diferença de pressão entre dois pontos
são feitas utilizando-se manômetros diferenciais.

A medida de pressão absoluta em um ponto é feita
com a utilização de barômetros.

Modos de medir a diferença de pressão entre dois
pontos do circuito de ventilação: métodos diretos e
métodos indiretos.
Métodos diretos de medida de pressão

Métodos diretos utilizam manômetros diferenciais para
realização das medidas. O objetivo das medidas de
pressão diferencial é avaliar a perda de carga em
determinados trechos do circuito de ventilação ou no
circuito como um todo.
Continuação...
Para propósitos práticos, os equipamentos
devem possuir sensibilidade em torno de 1 mmCA
(+/- 10 Pa). Sensibilidade menor pode ser admitida
nos manômetros que fazem o acompanhamento dos
ventiladores principais.
Continuação...
Métodos indiretos de medida de pressão

Métodos indiretos de medida de pressão utilizam
barômetros
aneróides
ou
altímetros.
Estes
equipamentos medem a pressão estática absoluta em
um ponto.
Perdas de carga entre dois pontos são
calculadas por diferença e precisam de correções.
Tubo de Pitot


É um dispositivo que serve para medir pressão total (PT), pressão
estática (PS) e pressão de velocidade (PV) em dutos de ventilação ou
em ventiladores. Precisa ser conectado a um manômetro para executar
as medidas de pressão.
Pode ser usado no cálculo da velocidade do escoamento do ar, pois PV =
PT – PS = ρv2/2, então v = (2 PV/ρ)1/2 . O uso limita-se às situações
onde a velocidade do ar é suficientemente elevada.
Tubo de
Pitot 
Diagrama simplificado de uso do tubo de Pitot para executar
medidas de pressão total e estática em um exaustor de mina,
posicionado na superfície.
___________
TEMPERATURA E UMIDADE
Parâmetros do clima em subsolo:

Temperatura de bulbo seco (ts);

Umidade do ar, que pode ser caracterizada pela
temperatura úmida (tu) e pressão barométrica (p);

Velocidade do ar (v) nas proximidades do corpo
humano;
TEMPERATURA E UMIDADE
Índices de conforto térmico:
Existem vários índices idealizados para
representar o conforto térmico dos trabalhadores,
entre os mais comuns estão a Temperatura Efetiva
e o IBUTG. O índice a ser usado depende do país
ou região.
Temperatura Efetiva
Definição:
A Temperatura Efetiva (te) foi idealizada pela
American Society of Heating and Ventilating Engineers
para caracterizar o conforto térmico dos trabalhadores.
O valor de te é determinado a partir dos valores tu , ts e
velocidade do ar, usando-se o ábaco presente no
próximo slide.
Temperatura Efetiva
Continuação...
A temperatura efetiva é um índice utilizado em
vários países para determinação do conforto térmico.
Equipamentos
usados
–
psicrômetro
e
anemômetro.
Psicrômetro:
equipamento
que
combina
um
termômetro de bulbo seco e outro de bulbo úmido.
Carta Psicrométrica: relaciona ts e tu com a umidade relativa do
ar (as cartas psicrométricas são vendidas junto com o
equipamento e podem ser encontradas na literatura de
ventilação de mina).
Índice IBUTG
No Brasil, este índice é utilizado na indústria para a
especificação de níveis de exposição a ambientes quentes para o
trabalhador. Foi regulamentado pela norma do Ministério do
Trabalho NR-15, Anexo 3 .
É um índice obtido a partir da medida da temperatura de
bulbo úmido natural e temperatura de globo, e representa a média
ponderada destas medidas (Clezar, 1999 pág. 253).
Continuação...
Termômetro de bulbo úmido natural  é um termômetro de bulbo úmido
que difere dos utilizados nos psicrômetros pelo fato de não se impor uma
velocidade forçada ao ar e o bulbo não ser protegido contra radiação
térmica.
Termômetro de globo  consiste de um termômetro cujo o bulbo fica
posicionado no centro de uma esfera metálica oca com quinze centímetros
de diâmetro, tendo sua superfície externa pintada de preto fosco.
Ambientes internos ou externos sem carga solar:
IBUTG = 0,7 tun + 0,3 tg
tun = temperatura de bulbo úmido natural
tg = temperatura de globo
Continuação...
Equipamentos utilizados:
Termômetro de globo
Termômetro de bulbo úmido
____________
Equipamentos de medida da concentração de gases
presentes no ar – princípios de detecção:
Oxidação catalítica – usada para gases combustíveis como metano e CO.
Nesta técnica, mede-se o calor gerado durante a oxidação do gás ou a troca de
resistências de um componente de um circuito elétrico quando o gás é
queimado.
Sensores eletroquímicos – aplicados na determinação da concentração
de oxigênio, CO, H2S (sulfeto de hidrogênio) e NOx. O gás medido reage com
um eletrodo especial em um eletrólito. Esta reação gera corrente elétrica que é
proporcional à concentração do gás.
Detectores óticos – usados para metano, p.exemplo. Dois princípios
usados: 1)gases diferentes absorvem luz em comprimentos de onda distintos;
passando luz através de uma mistura com gás e medindo sua absorção,
determina-se a concentração do gás. 2)Gases têm diferentes índices de
refração. Um feixe de luz é dividido, parte passa em uma câmara contendo ar
e outra parte em uma câmara contendo gás. A diferença na velocidade dos
feixes de luz é proporcional à concentração do gás de interesse.
Equipamentos de medida...(cont.):
Métodos de detecção usando semi-condutores – usam elementos (semicondutores) que trocam de condutividade na presença de certos gases. Medese a mudança na condutividade, que é proporcional à concentração do gás.
Tubos colorimétricos – usam uma propriedade química de reação de um
gás com compostos químicos específicos, cuja reação provoca mudança de
cor em tais compostos. A troca de cor é proporcional à concentração do gás,
que é medida diretamente em um tubo contendo o composto químico
determinado.
Equipamentos de medida:

Bomba de aspiração e tubos
colorimétricos;

Detectores de gases;

Metanômetros;

Oxímetros;
Equipamentos de medida:

Coletor de poeira p/indivíduo:
mede a quantidade de poeira ao
qual o indivíduo ficou exposto
durante a jornada de trabalho.
filtros coletores
bomba de sucção
Slide Final
Obrigado a todos !!!