PLAN MIN II-2 ( Aeração calculo de qualidade de ar)

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<p>DIVISÃO DE ENGENHARIA</p><p>LICENCIATURA EM ENGENHARIA DE PROCESSAMENTO MINERAL</p><p>TURMA A, CURSO DIUNO</p><p>2 ANO</p><p>PLANIFICAÇÃO MINEIRA II</p><p>TEMA: AERACAO E CALCULOS DA QUANTIDADE DE AR</p><p>DISCENTE:</p><p>Michel Magalhães</p><p>DOCENTE</p><p>Msc. Marcos Afonso Jinja</p><p>TETE, 2024</p><p>2</p><p>ÍNDICE</p><p>CAPÍTULO I: INTRODUÇÃO.................................................................................................. 3</p><p>1.1 OBJETIVOS ..................................................................................................................... 4</p><p>1.1.1 Objetivo geral ............................................................................................................. 4</p><p>1.1.1 Objetivos específicos.................................................................................................. 4</p><p>CAPÍTULO II: REVISÃO DA LITERATURA ......................................................................... 5</p><p>2.1 Conceitos iniciais .............................................................................................................. 5</p><p>2.1.1 Aeração ....................................................................................................................... 5</p><p>2.1.1.1 Importância.............................................................................................................. 5</p><p>2.1.1.2 Tipos de aeração ...................................................................................................... 6</p><p>2.1.1.3 COMPONETES DO AR ......................................................................................... 6</p><p>2.2 QUALIDADE E QUANTIDADE DO AR ....................................................................... 6</p><p>2.3.2 Vazão de ar de acordo com a frota diesel ................................................................... 7</p><p>3.2.3 Vazão de ar de acordo com a quantidade de explosivos............................................. 8</p><p>2.3.4 Cálculo da vazão de ar fresco em função do número máximo de pessoas ou máquinas</p><p>com motores a combustão a óleo diesel .............................................................................. 8</p><p>2.3.5 Cálculo da vazão de ar fresco em função do consumo de explosivos........................ 8</p><p>2.3.6 Cálculo da vazão de ar fresco em função da tonelagem mensal desmontada ............ 8</p><p>2.4 Resistências de um circuito de ventilação ........................................................................ 9</p><p>CAPÍTULO III: CONCLUSÃO ............................................................................................... 16</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 17</p><p>3</p><p>CAPÍTULO I: INTRODUÇÃO</p><p>A mineração subterrânea é uma das atividades industriais mais desafiadoras e complexas do</p><p>mundo, onde ambientes extremamente hostis são o pano de fundo para operações cruciais. O</p><p>fornecimento adequado de ar fresco é fundamental para garantir a segurança e a saúde dos</p><p>trabalhadores, bem como para manter a eficiência operacional. É nesse contexto que os sistemas</p><p>de aeração diagonal emergem como uma abordagem inovadora e transformadora na gestão da</p><p>ventilação subterrânea.</p><p>A ventilação adequada nas minas subterrâneas não é apenas uma exigência regulatória rigorosa,</p><p>mas também um pilar essencial para garantir a qualidade do ar, controlar a temperatura, reduzir</p><p>a concentração de gases tóxicos e inflamáveis e evitar incidentes fatais. Nesse cenário, os</p><p>sistemas de aeração diagonal surgem como uma solução revolucionária para melhorar a</p><p>circulação de ar e a distribuição de oxigênio em ambientes mineradores de difícil acesso.</p><p>4</p><p>1.1 OBJETIVOS</p><p>1.1.1 Objetivo geral</p><p>Debruçar sobre todas as técnicas que visam uma aeração efectiva e eficaz numa mina</p><p>subterrânea.</p><p>1.1.1 Objetivos específicos</p><p>Explicar como é feita a circulação do ar dentro de uma mina subterrânea;</p><p>Detalhar cada tipo de aeração ou ventilação usada na mina subterrânea de acordo com</p><p>a quantidade dos poluentes ou substâncias tóxicas geradas na mina;</p><p>5</p><p>CAPÍTULO II: REVISÃO DA LITERATURA</p><p>2.1 Conceitos iniciais</p><p>2.1.1 Aeração</p><p>Aeração de minas é uma parte da ciência e técnica mineira que trata da ventilação, a</p><p>climatização e luta contra o incêndio e explosões das minas.</p><p>Ventiladores</p><p>Sistemas de ventilação são compostos por ventiladores conectados a dutos. Na ventilação</p><p>subterrânea as galerias correspondem aos dutos. Os ventiladores são equipamentos que</p><p>convertem energia mecânica em energia fluida, fornecendo a pressão para superar as perdas de</p><p>carga e levar ar até o local onde o mesmo é necessário (HARTMAN, 1997).</p><p>O encaminhamento do ar consiste em garantir o escoamento constante do ar através de todas as</p><p>galerias em actividade.</p><p>Uma boa aeração de uma mina subterrânea pode – se obter pelo menos por dois poços ligando</p><p>as galerias subterrâneas com a sua superfície, cujo um é para conduzir o ar fresco da superfície</p><p>para o fundo da mina e o outro para evacuar o ar viciado do fundo para a superfície.</p><p>O poço que encaminha o ar fresco até ao fundo denomina – se poço de entrada do ar e o poço</p><p>de reenvio de ar viciado é chamado poço de saída do ar.</p><p>2.1.1.1 Importância</p><p>A ventilação em uma mina subterrânea é necessária para:</p><p>1. Fornecer oxigênio para a respiração do homem;</p><p>2. Remover para fora da mina os gases nocivos ao homem provenientes de:</p><p>➢ Operação de detonações;</p><p>➢ Gases provenientes de maquinas (LHD, Jeep, etc);</p><p>➢ Furos de sondagem e rocha;</p><p>3. Manter a temperatura baixa nos locais de trabalho, para maior conforto e eficiência do</p><p>homem;</p><p>4. Remover o calor produzido pelo homem, rocha, maquinas (LHD, Jeep, mineradores,</p><p>schutlecar’s, etc), detonações, correias transportadoras, sondas, etc;</p><p>5. Remover o pó originado nas frentes de lavra;</p><p>6</p><p>2.1.1.2 Tipos de aeração</p><p>Aeração principal:</p><p>Consiste no encaminhamento do ar fresco da superfície, passando pelas todas as galerias antes</p><p>de sair pelo(s) poço(s) de saída de ar até a superfície.</p><p>Aeração secundária (local)</p><p>Consiste em capturar o ar fresco a partir das obras principais até as frentes de enfraquecimento</p><p>(sem saída).</p><p>Aeração natural – é aquela ocasionada pela diferença de densidade, do vento.</p><p>Aeração artificial (forçada) – é aquela ocasionada pelos ventiladores.</p><p>Aeração aspirante – é aquela que aspira o ar viciado até a superfície.</p><p>Aeração recalcante – reprime o ar viciado até a superfície.</p><p>2.1.1.3 COMPONETES DO AR</p><p>2.2 QUALIDADE E QUANTIDADE DO AR</p><p>QUALIDADE DO AR</p><p>Nos locais onde pessoas estiverem transitando ou trabalhando a concentração de oxigênio no</p><p>ar não deve ser inferior a 19% (dezenove por cento) em volume.</p><p>7</p><p>O fluxo total de ar fresco na mina será, no mínimo, o somatório dos fluxos de todas as frentes</p><p>de trabalho em atividades, dimensionados conforme determinado nesta NRM.</p><p>As condições de qualidade do ar e conforto térmico devem obedecer ao disposto na legislação</p><p>vigente.</p><p>2.3 CALCULO DA QUANTIDADE DO AR</p><p>2.3.1 Vazão necessária de ar em Minas de Carvão</p><p>A vazão de ar fresco, mínima admissível, em galerias de minas de carvão ativas, deve ser de</p><p>250 m3/min</p><p>Em frente de lavra ou de desenvolvimento em atividade sem uso de equipamentos a óleo diesel,</p><p>a vazão de ar fresco deve se dimensionada à razão de 15 m3/min/m2 da área da frente.</p><p>Em frente de serviço sem uso de equipamentos a óleo diesel, a vazão de ar fresco, mínima</p><p>admissível, deve ser de 85 m³/min e o sistema de ventilação auxiliar instalado em posição que</p><p>evite a recirculação de ar.</p><p>Em frentes de trabalho isolada (serviço, desenvolvimento ou lavra) com uso de um equipamento</p><p>a óleo diesel, a vazão de ar fresco calculada para cada tipo de frente de trabalho isolada ou</p><p>painel de lavra, deve ser aumentada em 3,5 m3/min (três e meio metros cúbicos por minuto)</p><p>para cada cavalo-vapor</p><p>de potência instalada do equipamento.</p><p>No caso de uso simultâneo de mais de um equipamento a diesel, na frente de trabalho isolada</p><p>(serviço, desenvolvimento ou lavra) ou painel de lavra, deve ser adotada a seguinte fórmula</p><p>para o cálculo do aumento na vazão de ar fresco, utilizando o valor que trata o item anterior:</p><p>2.3.2 Vazão de ar de acordo com a frota diesel</p><p>QT = 3,5 𝑥 (𝑃1+0,75 𝑥 𝑃2+0,5 𝑥 𝑃𝑛)</p><p>Em que:</p><p>QT= vazão total de ar fresco em m³/min;</p><p>P1= potência em cavalo-vapor do equipamento de maior potência em operação.</p><p>P2= potência em cavalo-vapor do equipamento de segunda maior potência em operação.</p><p>Pn= somatório da potência em cavalo-vapor dos demais equipamentos em operação.</p><p>8</p><p>3.2.3 Vazão de ar de acordo com a quantidade de explosivos</p><p>A vazão de ar de acordo com a quantidade de explosivos deve ser calculada da Equação:</p><p>QT = (0,5 𝑥 𝐴) 𝑥 𝑉/t</p><p>Em que:</p><p>QT= vazão total de ar fresco em m³/min;</p><p>A= quantidade total em kg de explosivos empregados por desmonte;</p><p>t= tempo de aeração (reentrada) da frente de trabalho em atividade em minutos;</p><p>V= volume gasoso gerado por quilo de explosivo em m³/kg;</p><p>2.3.4 Cálculo da vazão de ar fresco em função do número máximo de pessoas ou máquinas</p><p>com motores a combustão a óleo diesel</p><p>QT = Q1 x n1 + Q2 x n2 (m³/min)</p><p>Onde:</p><p>QT = vazão total de ar fresco em m3/min.</p><p>Q1 = quantidade de ar por pessoa em m3/min.</p><p>(em minas de carvão = 6,0 m3/min; em outras minas = 2,0 m3/min.)</p><p>n1 = número de pessoas no turno de trabalho</p><p>Q 2 = 3,5 m3 / min./cv (cavalo-vapor) dos motores a óleo diesel</p><p>n2 = número total de cavalo-vapor dos motores a óleo diesel em operação</p><p>2.3.5 Cálculo da vazão de ar fresco em função do consumo de explosivos</p><p>QT = (0,5 x A)/t [m³/min]</p><p>Em que:</p><p>QT = vazão total de ar fresco em m3/min.</p><p>A = quantidade total em quilogramas de explosivos empregados por desmonte</p><p>t = tempo de aeração (reentrada) da frente em minutos</p><p>2.3.6 Cálculo da vazão de ar fresco em função da tonelagem mensal desmontada</p><p>QT = q x T (m³/min)</p><p>Em que:</p><p>QT = vazão total de ar fresco em m3/min.</p><p>q = vazão de ar em m3/minuto para 1.000 toneladas desmontadas por mês</p><p>9</p><p>(mínimo de 180 m3/minuto/1.000 toneladas por mês)</p><p>T = produção em toneladas desmontadas por mês.</p><p>2.4 Resistências de um circuito de ventilação</p><p>Os circuitos de ventilação podem ser comparados aos circuitos elétricos, por isso é prudente o</p><p>uso das leis de Kirchhof, equação de Atkinson e a Lei de Ohm para os cálculos de resistência,</p><p>pressões e energia consumida em um circuito de ventilação.</p><p>Lei de Ohm: Afirma que a diferença de pressão (P) em um sistema de ventilação é proporcional</p><p>ao fluxo de ar (Q) multiplicado pela resistência (R), assim como em um circuito elétrico (V=IR).</p><p>Leis de Kirchhoff:</p><p>➢ Primeira Lei (Lei das Correntes): A soma das vazões que entram em um ponto deve</p><p>ser igual à soma das que saem (continuidade do fluxo de ar).</p><p>➢ Segunda Lei (Lei das Tensões): A soma das perdas de pressão em uma malha fechada</p><p>é zero.</p><p>Equação de Atkinson: Relaciona a perda de pressão com a resistência de ventilação e o</p><p>quadrado da vazão.</p><p>De maneira geral, os circuitos de ventilação em série, mantém a vazão e soma as pressões, e</p><p>circuitos paralelos, se divide as vazões e mantém a pressão. O mesmo acontece para associações</p><p>de ventiladores na mina. A Figura mostra ambos os tipos de associações dos circuitos de</p><p>ventilação.</p><p>Para fins de cálculo, a resistência equivalente de um circuito de ventilação em série pode ser</p><p>calculada como:</p><p>𝑅𝑒𝑞=𝑅1+𝑅2+𝑅3+ ...</p><p>10</p><p>Enquanto que para o cálculo da resistência equivalente de um circuito de ventilação em paralelo</p><p>pode ser expressa de acordo com a Equação 7.</p><p>𝑅𝑒𝑞= 1/𝑅1+ 1/𝑅2+ 1/𝑅3+....</p><p>No circuito de ventilação em série, somam-se as resistências efectivas (M) em “Murgue”</p><p>No circuito de ventilação em paralelo somam-se os orifícios equivalentes (A)</p><p>A resistência pode ser um bom indicador para entender como as galerias estão se comportando</p><p>na prática, já que ela é quantificada e determinada por números de galerias que são utilizados</p><p>no circuito de ventilação, assim como mostra a Equação. As galerias oferecem resistências ao</p><p>movimento do ar, que são influenciadas pelo tamanho das seções, perímetro, rugosidade da</p><p>superfície, e pelo movimento de 30</p><p>homens, materiais e equipamentos. A resistência pode ser calculada através da seguinte</p><p>expressão:</p><p>𝑅=𝐾 𝑥 𝐿 𝑥 𝑃𝑒𝑟/𝐴³</p><p>Em que:</p><p>R= Resistência da galeria (Ns²/m⁸);</p><p>K = fator de fricção (Ns²/m⁴);</p><p>Per = perímetro da galeria (m);</p><p>L = comprimento (m);</p><p>A = área da seção transversal (m²);</p><p>N = número de galerias.</p><p>11</p><p>EXERCÍCIOS</p><p>Pretende se instalar um sistema de ventilação em uma mina de carvão, cuja a carga de</p><p>explosivos para a detonação na rampa e de 450 kg, o volumo gasoso gerado pela a detonação</p><p>de explosivos e de 20 m3/kg e o tempo de reentrada após a detonação foi de 60 segundos.</p><p>Conforme a NRM 22 em minas de carvão a quantidade de ar fresco por pessoa em m3/min</p><p>deve ser de 6m3/min por pessoa, o número estimado de pessoa por frente de serviços pode ser</p><p>considerado como duas durante as atividades de perfuração e limpeza e de até 10 pessoas</p><p>durante as actividades de equipagem e serviços diversos.</p><p>A potência em cavalo-vapor do equipamento de maior potência em operação e de 362 CV e</p><p>do segundo maior maoir potência em operação e de 358 CV.</p><p>A vazão de ar deve ser de 6 m³/minuto por pessoa. Será tomado como base o número máximo</p><p>de colaboradores no turno = 75 pessoas, a quantidade de rocha desmontada, o fator de</p><p>toneladas de rochas desmontadas mensalmente no desenvolvimento e na lavra deve ser</p><p>considerado o valor de no mínimo de 180 m3/minuto, sendo a fórmula:</p><p>QT = 180 m3/min/1.000 ton por mês.</p><p>a) Dimensionamento do volume de ar para a ventilação secundária</p><p>b) Dimensionamento da vazão de ar principal da mina</p><p>DADOS</p><p>A = 450 kg</p><p>V = 20 m3/kg</p><p>t = 60 s</p><p>Número de pessoas nas frentes de operação = 10 pessoas</p><p>O número máximo de colaboradores no turno = 75 pessoas</p><p>Vazão de ar deve ser de 6 m³/minuto por pessoa</p><p>P1 = 362 CV</p><p>P2 = 358 CV</p><p>12</p><p>RESOLUÇÃO</p><p>a) Dimensionamento do volume de ar para a ventilação secundária</p><p>Vazão de ar de acordo com a quantidade de explosivos</p><p>QT = (0,5 𝑥 𝐴) 𝑥 𝑉/𝑡</p><p>QT = (0,5 x 450) x 20/60</p><p>QT = 75 m³/min</p><p>QT = 1,25 m³/s.</p><p>Vazão de ar de acordo com a quantidade de trabalhadores na frente de trabalho</p><p>QT = 6 m³/min x 10</p><p>QT = 60 m³/min = 1 m³/s</p><p>Vazão de ar de acordo com a frota diesel</p><p>QT = 3,5 (P1 + 0,75 x P2 + 0,5 x Pn)</p><p>QT = 3,5 (P1 + 0,75 x P2 + 0,5 x Pn)</p><p>QT = 3,5 (362 + 0,75 x 358 + 0,5 x 0)</p><p>Qt = 2206, 75 m³/min</p><p>Qt = 36,779 m³/s</p><p>O sistema de ventilação de frentes de desenvolvimento, consiste em um ventilador captando</p><p>ar limpo em uma corrente principal de ventilação e insuflando-o através de dutos de</p><p>ventilação até a face de trabalho de desenvolvimento.</p><p>b) Dimensionamento da vazão de ar principal da mina</p><p>Vazão de ar para pessoas</p><p>Vazão de ar necessária= 75 x 6 m³/min</p><p>Vazão de ar necessária= 7,5 m³/s</p><p>13</p><p>Vazão de ar para diluição dos gases dos motores a diesel</p><p>A vazão necessária para a diluição dos gases dos motores a diesel será determinada conforme</p><p>mostra a Tabela 3. Nela estão contidos os equipamentos que operam na mina, juntamente com</p><p>suas especificações de potência e utilização do equipamento (UF).</p><p>QT = 𝑄1 𝑥 𝑛1+𝑄2 𝑥 𝑛2 (14)</p><p>Qt = 75 x 6 + 3,5 x 7621</p><p>Qt = 452,05 m3/s</p><p>Vazão de ar para diluição dos gases dos explosivos</p><p>Para o cálculo da vazão de ar para diluição dos gases dos explosivos é necessário estimar a</p><p>quantidade de massa desmontada por turno para associarmos à razão de carga praticada nos</p><p>desmontes. Assim, será considerada uma massa desmontada mensal de1 20 000 toneladas</p><p>Md = 120000/30 = 4000 ton /por dia</p><p>Mt = 4000/ 2 = 2000 toneladas por turno.</p><p>Usando uma razão de carga de 0,9 kg/t, temos que a quantidade de explosivo utilizado por</p><p>turno é:</p><p>Quantidade de explosivo utilizado por turno = Massa desmontada por turno x Razão de carga</p><p>Quantidade de explosivo utilizado por turno = 2000 x 0,9 = 1800 kg</p><p>14</p><p>Assim, temos que:</p><p>QT = (0,5 𝑥 𝐴) 𝑥 𝑉/𝑡</p><p>QT = (0,5 x 1800) x 20/ 60</p><p>Vazão de ar = 5 m3/s</p><p>Vazão de ar para produção de rocha desmontada</p><p>Vazão de ar = 180 m3/minuto a cada 1.000 toneladas por mês</p><p>Temos que, como anteriormente demonstrado, a produção mensal é de 120.000 toneladas.</p><p>Dessa forma:</p><p>Vazão de ar = 180 x 120 m3/min</p><p>Vazão de ar = 360 m3/s</p><p>EXERCICIO DE CIRCUITO</p><p>Dada a seguinte rede de ventilação:</p><p>M1-2 =4,4; M2-X-5 = 1,8; M2-3 = 1,2; M3-a-4 = 3,2; M3-b-4 = 2; M4-5 = 1; M5-6 = 2,5</p><p>Determine:</p><p>a) O orifício equivalente e a resistência efectiva (M).</p><p>15</p><p>RESOLUÇÃO</p><p>a) O orifício Equivalente (A) é igual a 4,4 m2 e a Resistência Efectiva (M) é igual 7,5 M.</p><p>16</p><p>CAPÍTULO III: CONCLUSÃO</p><p>Os efeitos das condições de temperatura e umidade inadequadas tornam os operários menos</p><p>conscientes dos sinais visuais ao seu redor e essas reduções levam eventualmente a um ponto</p><p>em que o déficit de atenção compromete a segurança e a saúde dos trabalhadores com o aumento</p><p>do potencial para acidentes graves.</p><p>A má qualidade do ar é uma das razões-chave porque ambientes subterrâneos podem ser</p><p>perigosos para as pessoas que trabalham na mineração.</p><p>O método principal de controlar condições atmosféricas no subsolo é por meio do fluxo de ar.</p><p>17</p><p>REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS</p><p>ANDRADE FILHO, H. R. Aumento da recuperação de lavra na Mineração Caraíba S/A.</p><p>Jaguarari, BA. Revista Eletrônica Brasil MiningSite. Anexos. Artigos. 2008.</p><p>AMCA. System Effects – Air Movement & Control Association Internacional. AMCA</p><p>Publication 200-95 (R2011) | Air Systems. Artigo Publicado, 1995.</p><p>ATLAS COPCO. Mining Methods in Underground Mining. (2007) Brasil. Código de</p><p>Mineração. Código de Mineração: e legislação correlata: NRM 06. – 2. ed. – Brasília: Senado</p><p>Federal, Subsecretaria de Edições Técnicas, 2011.</p><p>COSTA, L.V. Análise via simulação da ventilação em mina subterrânea – Estudo de caso mina</p><p>Córrego do Sítio I. Tese de Doutorado. UFOP. 2019.</p><p>GALVÃO, N.J.P; Ventilação em Minas Subterrâneas - CIA MINEIRA DE METAIS, artigo</p><p>interno da empresa, Vazante-MG, 1988, 62p.</p>