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APLICACIÓN Y EVALUACIÓN DEL ÍNDICE DE ESTRÉS TÉRMICO GENERADO EN LA MINA SUBTERRÁNEA DE CARBÓN LA ARGELIA
APPLICATION AND EVALUATION OF THE RATE OF THERMAL STRESS GENERATED IN THE UNDERGROUND MINE OF COAL ARGELIA
Colmenares L., Caro J., Vanegas J., Jaimes S.,Estudiantes ventilación de minas, 2014
Universidad Francisco de Paula Santander.Cúcuta - Norte de Santander.
[email protected] , [email protected] , [email protected] , [email protected]
(Recibido: Abril 21 de 2014)
RESUMEN
El ambiente generado en la extracción de minerales por medio de minería subterránea, condiciona la ejecución de las labores que se requieren para su funcionamiento; puesto que la exposición constante a un ambiente de alta humedad relativa y temperaturas considerables repercute directamente en el rendimiento del personal que allí labora, y por consiguiente en la producción de la mina.
En la mina la Argelia se recopilaron una serie de datos como son: la humedad relativa, la temperatura seca y la velocidad del aire, los cuales fueron tomados por un anemómetro y un sicrómetro; ambos instrumentos se encuentran en la universidad francisco de paula Santander y están al servicio de sus estudiantes. Las mediciones se realizaron en diferentes puntos específicos a lo largo del interior de la mina, con el fin de categorizar el ambiente al que se exponen los operarios en los diferentes lugares de trabajo.
Con la aplicación y valoración del índice de estrés térmico (SRT), se pretende destacar la importancia que tiene el conocimiento de este, a fin de mejorar las condiciones en las que se encuentra una Mina promedio de Norte de Santander, y para saber cuáles sectores producen un mayor desgaste físico y por ende a que trabajadores se les debe facilitar más tiempo de descanso para que tengan un desempeño ideal.
Palabras Clave: humedad relativa, anemómetro, sicrómetro, SRT,
ABSTRACT
The environment created in the extraction of minerals by means of underground mining conditions the execution of tasks required for its operation; Since the constant exposure to an environment of high relative humidity and considerable temperatures has a direct impact on the performance of the staff working there, and therefore in the production of the mine.
In mine the Argelia were collected a series of data such as: relative humidity, dry temperature and speed of the air, which were taken by an anemometer and a psychrometer; both instruments are at the University Francisco de Paula Santander and are serving their students. Measurements were taken at different specific points along the inside of the mine, in order to categorize the environment to which they are exposed operators in different workplaces.
with application and assessment of heat stress index (SRT), is intended to highlight the importance that has the knowledge of this, in order to improve the conditions in which an average mine of North of Santander, and to know which sectors produce greater physical wear and hence to workers les should be provided more rest time, so that they have a perfect performance.
Keywords: relative humidity, anemometer, psychrometer, SRT,
1. INTRODUCCIÓN
Los análisis de ventilación realizados en minas de la región solo se ocupan del contenido de gases presentes en la atmosfera minera, pero no de la comodidad de trabajador para desempeñar su labor, no solo la concentración de gases afecta directamente la funcionalidad del cuerpo humano, también la concentración de elevadas temperaturas, las cuales desgastan el cuerpo y crean afecciones como: fatiga, agotamiento, calambres, colapso, enrojecimiento, golpe de calor.
Un manejo adecuado de los datos sobre los parámetros que inciden en el cálculo del índice de estrés térmico permitirá generar y controlar un ambiente de trabajo adecuado para el minero e instrumentos.
En el cuerpo humano, la temperatura de la piel está estrechamente relacionada con la sensación térmica y por lo tanto, puede ser un parámetro clave para indicar un estado térmico del cuerpo. (P.O. Fanger, 1973)
El estrés térmico es la sensación de malestar que se experimenta cuando la permanencia en un ambiente determinado exige esfuerzos desmesurados a los mecanismos de que dispone el organismo para mantener la temperatura interna en 37º C. (http://es.wikipedia.org/wiki/Estres_termico)
El objetivo de este artículo es dar a conocer el procedimiento para obtener el índice WBGT e idear las posibles medidas a partir de los datos obtenidos de este análisis, dado que se requiera
Posteriormente se compara con la norma iso7933 que proporciona los valores límite de los índices de estrés térmico que pueden distinguir los mineros que se aclimatan al ambiente de trabajo o no, como tasa de sudoración, humedad de la piel y el límite superior del tiempo de trabajo (iso7933, 1989).
Cuando los indicadores están por debajo de la línea de advertencia, un trabajador sano puede trabajar sin peligro alguno de lo contrario se deben tomar las medidas necesarias para contrarrestarlo.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
En la mina la Argelia ubicada en el departamento norte de Santander (COLOMBIA), se tomaron nota de humedad relativa, velocidad del aire y temperatura seca en 13 puntos diferentes, procurando tener el máximo cubrimiento de esta.
Anemómetro: usado para medir la velocidad del aire.
(imagen)
Sicrometro: usado para medir la temperatura seca y la humedad relativa.
Regla para hallar la humedad relativa
(imagen)
Ahora, por medio del WBGT, que es un índice de experiencia ampliamente utilizado para evaluar el grado de peligro que representa el calor en las minas, que en otras palabras indica el grado de daño del calor al cuerpo humano. Este método científicamente había sintetizado 4 factores que incluyen la temperatura, la humedad, la velocidad del viento y el calor radiante.
Para nuestro caso por tratarse de una mina bajo tierra no se incluye la radiación solar, y la formula queda expresada de la siguiente manera:
WBGT＝0.567t + 0.393e + 3.94
Dónde:
t: temperatura seca
e: presión de vapor del agua
La presión de vapor está dada por la siguiente formula:
PVA=6.111∗10(7.5∗td )
(237.7+td )
Dónde:
td: temperatura de rocío
Ahora:
td=
243.12∗[(ln HR100 )+ 17.62∗t
243.12+ t ]17.62−ln( HR
100 )− 17.62∗t243.12+t
Dónde:
t: temperatura seca
Ahora bien, como el minero se encuentra en diferentes lugares con diferentes ambientes, el índice WBGT no denota el grado de peligro del calor en toda la mina; por lo que hay una mejora a la formula representando el índice de estrés térmico y expresado de la siguiente manera:
SRT :(WBGT 1 )T 1+(WBGT 2 ) T 2+(WBGT n ) Tn ..
T 1+T2+…T n
Dónde:
WBGT1: índice WBGT1 medido en el are de trabajo 1
WBGTn: índice WBGTn medido en el área de trabajo n...
T1: tiempo de trabajo en el área 1
Tn: tiempo de trabajo para el área n…
3. RESULTADOS
Tabla 1: datos tomados de las mediciones realizadas en la mina la argelia
Ubicación de medida
BM-N9
N10 Fte.1Sur
SbN9
ʘInt.N-S
220mTm-FN
Vent.Aux.
Est,Mt.2
Fte.Expl.
BMSal.
BM#1
Mte.2
Mte.1
Hora de medida(am)
9:23 9:40 9:44 9:50 9:53 10 10.05 10:15 10:26
10:45 11:05 11:10
11:15
Temperatura seca(ºC)
29.7 30.0 30.1 30.3 30.5 30.2 30.1 30.3 29.4 30 30.2 32.0 31.5
Temperatura húmeda(ºC)
24.7 27.5 26 27 27.5 28 27.5 27.1 25.7 25.2 25 25.2 26.2
Humedad relativa (%)
65.5 77.5 74.5 80.9 82.0 74.4 83.1 82.2 78.1 69 69 69.1 66.7
Temperatura de rocío(ºC)
22.5 25.6 25.03 26.63 27.05 25.11 26.89 26.9 25.15 23.89 23.84 25.56 24.51
Presión de vapor agua
27.20 32.8 31 33.5 35.5 31.8 33.5 35.5 32 29.65 29.65 32.82 30.74
WBGT(ºC 31.4 33.84
33.18 34.28 35.18 33.56 34.17 35.07 33.18 32.60 32.71 34.98 33.88
Tiempo de trabajo(min)
480 480 480 480 480 480
BM (bocamina), N (nivel), Fte (frente), Sb (subnivel 9 frente-sondeo), ʘInt (punto intermedio), Vent.Aux (ventilador auxiliar), Tm-FN (tornamesa-frente norte), Est.Mt2 (estación de monitoreo 2), Fte.Expl. (Frente de explotación), BM.Sal. (Medida a la hora de salida en la bocamina), BM#1(bocamina#1), Mte2 (malacate2), Mte1 (malacate1).
INDICE DE ESTRÉS TRERMICO (SRT)
SRT=(33.18∗480 )+ (34.28∗480 )+(35.18∗480 )+(33.18∗480 )+ (34.98∗480 )+(33.88∗480)
(480∗6)
SRT=5117150
SRT=34.11 ºC
Tabla 2: los criterios de evaluación del grado de peligro de calor
(SRT) ºC SENSACION TERMICA GRADO DE TEMPERATURA
>35 Muy caliente-no aceptable Muy grave
32-35 Caliente-incomodo Grave
28-32 Calor aceptable Moderado
25-28 Ligeramente caliente-cómodo Suave
23-25 Cómodo aceptable No hay daño térmico
<23 Ligeramente fresco Fresco
Fuente: (articulo “Study on the heat hazard of deep exploitation in high-temperatureMines and its evaluation index”)
Al calcular el índice de estrés térmico se puede observar que los mineros están laborando bajo unas condiciones de temperatura considerables por lo que se
deben tomar una serie de medidas para que contrarresten este efecto.
Una de estas es hallando el tiempo que un trabajador debe descansar como mínimo por una hora laborada.
Esta aplicación del índice ayudar a estimar el tiempo necesario de descanso que un trabajador necesitaría para restablecer el balance térmico si se encontrara en una situación de estrés térmico.(http://www.miliarium.com/prontuario/Indices/IndiceWBGT.htm) De esta forma se adecuan los regímenes de trabajo-descanso. Se calcula la fracción de tiempo de trabajo por cada hora mediante la siguiente expresión:
ft=[ ( A−B)(C−D+ A−B) ]∗60 min
1hora
Dónde:
A: WBGT límite en el descanso (M < 100 Kcal/h). 33 ºC para una persona aclimatada o 32 ºC para una persona no aclimatada.
B: WBGT en la zona de descanso.
C: WBGT en la zona de trabajo.
D: WBGT límite en el trabajo.
El WBGT limite en el trabajo lo hallamos en base al consumo metabólico del trabajador:
Este parámetro se denota por la letra M y en él se engloba el metabolismo basal, que es el calor generado para mantener las funciones vitales, y el calor producido en el trabajo. El metabolismo basal se puede considerar una constante con valor 1 Kcal/min, que se estima es la media para la población laboral. A este valor habría que sumarle el calor generado durante la realización del trabajo, que se suele estimar mediante el uso de tablas. (http://www.miliarium.com/prontuario/Indices/IndiceWBGT.htm)
Tabla3: consumo metabólico
Posición y movimiento del cuerpo Consumo metabólico (Kcal/min)
Sentado 0,3
De pié 0,6
Andando 2,0-3,0
Subida de una pendiente andando Añadir 0,8 por metro de subida
Fuente: (http://www.miliarium.com/prontuario/Indices/IndiceWBGT.htm)
Luego M= 1Kcal/min + 2.5KCal/min= 3.5Kcal/min = 210Kcal/hor
Tabla 4: cálculo del WBGT limite basados en el consumo metabólico
Consumo metabólico (kcal/h)
WBGT límite (ºC)
Persona aclimatada Persona no aclimatada
Velocidad aire = 0
Velocidad aire ≠ 0
Velocidad aire = 0
Velocidad aire ≠ 0
≤ 100 33 33 32 32
100-200 30 30 29 29
200-310 28 28 26 26
310-400 25 26 22 23
> 400 23 25 18 20
Fuente: (norma ISO 7243)
ft=[ ( A−B)(C−D+ A−B) ]∗60 min
1hora
Entonces:
ft=[ (33−31.4 )(34.1−28+33−31.4 )
∗60 min
1 hor ]ft=12.5 min/hor
4. CONCLUSIONES
El resultado hallado del (ft) nos indica que un minero debería descansar 47.5 minutos por cada hora laborada lo que indica que con este ritmo no se puede llegar a la producción requerida por la mina, lo que nos deja como resultado la adaptación por parte de los trabajadores a estas condiciones ambientales.
Los únicos datos tomados para valorar la condición de trabajo de los mineros son los valores permisibles de los gases como O2, CH4, SO2, entre otros, y no se tienen en cuenta la toma de datos como temperatura, humedad relativa: lo que conduce a un deficiente ambiente de confort minero que impide un desarrollo eficaz de las distintas actividades.
Las precarias condiciones del entorno de trabajo generan diferentes afecciones al cuerpo como si bien los síntomas pueden variar de persona a persona, las señales de advertencia de un golpe de calor pueden incluir quejas de cansancio repentino y severo, náuseas, mareos, aturdimiento, y pueden o no incluir la sudoración. Si un compañero de trabajo parece estar desorientado o confundido (incluyendo euforia), o tiene irritabilidad inexplicable, malestar general o síntomas similares a la gripe, el trabajador debe trasladarse a un lugar fresco y consultar al médico.
Se debe llevar a cabo una rotación permanente de los obreros en el área de trabajo y generar un área de descanso que permita reposo del cuerpo y haga
disminuir su temperatura corporal, además de proveer de bebidas hidratantes y alimentos que contengan sales ya que estas además del agua se pierden en la transpiración.
REFERENCIAS
[1] P.O. Fanger, 1973
[2] Su Zhao, J. Zhong-an, S. Zhong , 2009, Articulo “Study on the heat hazard of deep exploitation in high-temperature mines and its evaluation index”
[3] Xie Zhongpeng, 2012, Articulo “Distribution Law of High Temperature Mine’s Thermal Environment Parameters and Study of Heat Damage’s Causes”
PAGINAS WEB
1. http ://es.wikipedia.org/wiki/Estres_termic
2. http://www.miliarium.com/prontuario/Indices/IndiceWBGT.htm
3. http://www.academia.edu/5130934/Indice_WBGT_para_evaluar_el_estres_termico
4. http://www.ehowenespanol.com/calcular-humedad-partir-temperatura-punto-rocio-como_79704/
5.http://diposit.ub.edu/dspace/bitstream/2445/33365/1/WBGT%20Indice%20de%20estr%C3%A9s%20t%C3%A9rmico.pdf
6. http://www.ehu.es/climat/PDefes/NOTA%20WBGT.pdf
