Instrumentos Para La Medición de La Concentración de Contaminantes Al Interior Mina

UNIVERSIDAD DE LA SERENA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO INGENIERÍA DE MINAS

VENTILACION DE MINAS

Prof.: José Chebair P.

Ayudante: Camilo Espinoza C.

Instrumentos para la Medición de la

Concentración de Contaminantes al

Interior Mina

Aplicaciones

INTEGRANTES:

JUAN ARANCIBIA MUÑOZ

MIGUEL PLAZA VELÁSQUEZ

EDUARDO ROJAS VALENZUELA

28 DE OCTUBRE DE 2014

Instrumentos para la Medición de la Concentración de Contaminantes al Interior Mina 2

Contenido

Introducción ...................................................................................................................................3

1. Conociendo la Medición de Gases .............................................................................................4

1.1. Tipo de Detectores para Minería Subterránea .....................................................................5

1.2. Métodos de Detección de Gases .........................................................................................6

1.3. Detectores de Mano ............................................................................................................7

2. Análisis de los Diferentes Medidores .........................................................................................9

2.1. La Flama.............................................................................................................................9

2.1.1. Funcionamiento ..........................................................................................................9

2.1.2. Tipos ...........................................................................................................................9

2.1.3. Lugares de utilización: ..............................................................................................13

2.2. El Canario.........................................................................................................................14

2.2.1. Funcionamiento ........................................................................................................14

2.2.2. Lugares de utilización ...............................................................................................15

2.3. Tubos Colorimétricos .......................................................................................................17

2.3.1. Funcionamiento ........................................................................................................17

2.3.2. Procedimiento de muestro y medición.....................................................................18

2.3.3. Tipos .........................................................................................................................19

2.3.4. Lugares de Utilización ...............................................................................................19

2.4. Detectores Electrónicos ....................................................................................................20

2.4.1. Funcionamiento ........................................................................................................20

2.4.2. Tipos .........................................................................................................................25

2.4.3. Lugares de Utilización ...............................................................................................25

3. Detectores en el Mercado Actual ..............................................................................................26

3.1 Marcas Equipos Digitales .......................................................................................................26

3.1.1. SAEX ..........................................................................................................................26

3.1.2. MSA ..........................................................................................................................28

3.1.3. Dräger .......................................................................................................................30

Conclusiones y Recomendaciones ................................................................................................34

Referencias ...................................................................................................................................35


Introducción

En minería, uno de los factores más importantes es la seguridad de las personas y sobretodo

su bienestar en las faenas de trabajo, en ámbitos de sustentabilidad, el capital humano es

relevante y por tanto su salud debe ser protegida en la mayor medida posible. Sin lugar a

dudas se reconoce que en las labores mineras existen diversos grados de probabilidad de

adquirir algún problema por las condiciones ambientales de la mina, dentro de algunos

factores como éste es la presencia de gases contaminantes que por condiciones naturales o

artificiales están presentes en las frentes de trabajo y pueden llegar afectar a la salud de las

personas que ingresan a interior mina. Por décadas, en las antiguas explotaciones mineras

las trabajadores buscaban formas para evitar estar en presencia de gases contaminantes

como el reconocido gas grisú (metano) en minas de carbón, donde con técnicas

rudimentarias como ingresar con un ave (canario) a interior mina observaban las

condiciones de ésta, cuando veían su desvanecimiento, ya que estas aves son muy sensibles

frente a la presencia de este gas, los mineros salían de forma inmediata porque eso indicaba

la presencia importante de un gas incoloro e inodoro como el gas grisú que afecta al ser

humano de manera importante e incluso puede llegar a ser letal, por sus efectos en el

sistema respiratorio y circulatorio.

Ahora bien, con el paso de los años, se fueron creando diferentes formas de medir o divisar

la presencia de gases contaminantes, entre ellos destacan las lámparas a carburo, medidores

de gas con reactivos, donde se observa el cambio de color al reaccionar el químico con el

gas contaminante; pero el notable avance de la tecnología en las últimas décadas y la

creación de nuevos dispositivos electrónicos y el indiscutible alzamiento de la minería,

comenzaron a aparecer nuevos sistemas de explotación, nuevos explosivos, nuevos equipos

de trabajo y con ello, a su vez, la presencia significativa en el proceso de gases

contaminantes como monóxido de carbono, dióxido de carbono, humos nitrosos, metano y

otros, que reducen la cantidad de oxígeno en las frentes de trabajo, y con esto se expresa un

peligro para las personas. Es así como el desarrollo humano no ha desconocido este efecto

y es así como ha creado instrumentos que a través de sensores detectan de manera muy

precisa la cantidad porcentual de los gases en un sector determinado en interior mina.

Además, por sistemas reglamentarios, se ha estimado la cantidad pertinente de gases

contaminantes máximo y de oxígeno mínimo que debería estar presente en la frente para

trabajar, con estos instrumentos reconocer este hecho es mucho más fácil y dinámico.

En un ámbito general, el objetivo general del siguiente informe es exponer de manera clara

los instrumentos más reconocidos en minería a nivel nacional e internacional, describir sus

características y diseños, además de sus costos posibles.


1. Conociendo la Medición de Gases

Un medidor o detector de gas es dispositivo capaz de reconocer de manera rápida y

eficiente la presencia de una concentración peligrosa de un gas en el aire y que, a una

determinada concentración, emite una señal óptica y/o acústica de aviso los cuales pueden

ser clasificados como Tipo A o Tipo B, además pueden poner en funcionamiento un

sistema de alerta a la faena minera. Cabe aclarar que un gas es particularmente difícil de

detectar, ya que, en algunos casos no posee olor ni color distintivo.

En la industria, existen diversos tipos de detectores según el o los tipos de gas o gases que

existan, en minería subterránea, la atmósfera minera es una mezcla de muchos gases, los

cuales principalmente destacan en:

Oxígeno: Elemento químico vital que se encuentra como molécula estable O2, lo

normal es que esté en un nivel de 20,9% y su escasez produce agotamiento físico, y

afecta mentalmente a las personas.

Monóxido de Carbono: Compuesto químico gaseoso que es incoloro, inodoro, insípido, tóxico e inflamable producido por la combustión incompleta de

hidrocarburos. Este gas es venenoso en muy bajas concentraciones y explosivo en

un amplio rango (12,5% - 74% en el aire). Se forma en minería subterránea por

incendios y explosiones, detonaciones, calentamiento por fricción, oxidación a bajas

temperaturas y motores de combustión interna.

Dióxido de azufre: Compuesto químico gaseoso que es incoloro, no inflamable, tóxico que se forma por la quema de compuestos que contienen azufre. En minas

subterráneas se forma por la tronadura de ciertos minerales sulfúricos, durante

incendios que envuelven minerales sulfúricos como pirita y por la combustión

interna de motores. Su olor es muy característico y produce asfixia. Se caracteriza

por ser el doble de pesado que el aire y por eso tiende a ir hacia el suelo.

Sulfuro de hidrogeno: Compuesto químico que se reconoce por el desagradable olor que produce, dado que se genera por la descomposición de materiales

orgánicos con componentes de azufre, es un gas incoloro, tóxico y explosivo. Si su

concentración es significativa puede producir una parálisis. Suele aparecer en

túneles debido a que es bastante soluble en agua y puede ser llevado por aguas

subterráneas.

Metano: Es el gas contaminante más común, frecuentemente asociado a minas de

carbón y lugares con rocas carboníferas, aunque si puede ser detectado en menor

grado en otras locaciones mineras. Este gas es incoloro, inodoro, insípido, no

tóxico, altamente inflamable y más ligero que el aire.

Óxidos de Nitrógeno: Los más comunes de estos gases son el monóxido de nitrógeno y el dióxido de nitrógeno, los cuales se forman en minas subterráneas

http://es.wikipedia.org/wiki/Gas

http://es.wikipedia.org/wiki/Aire


durante la tronadura y por la operación de motores de combustión interna. Ambos

son extremadamente tóxicos.

Dióxido de Carbono y Amoniaco: Son compuestos químicos gaseoso que pueden llegar a ser mortales en un ambiente cerrado carente de ventilación. Se produce por

escapes en los dispositivos de refrigeración y en botellas.

Cloro: Elemento químico gaseoso que en forma elemental se encuentra como Cl2, su color es verde amarillento, su olor es penetrante, corrosivo, y se trata de un gas

pesado que pueden absorber muchos elementos. No obstante, su conducta hace más

compleja su detección. Se usa principalmente para limpiar piscinas, para purificar el

agua y para blanquear objetos.

1.1. Tipo de Detectores para Minería Subterránea

Alarmas Simples: Se trata de dispositivos que hacen sonar una alarma cuando la concentración de gas supera los niveles admisibles.

Alarmas Luminosas: Son sistemas que, además de audio, incluyen señales luminosas. Suelen contar con tres luces: Amarilla, que significa que hay una falla en

el funcionamiento; Verde, que señala que el funcionamiento es normal, y Roja, que

se activa cuando detecta una fuga de gas.

Detector de Corte: Es un dispositivo algo más complejo que los anteriores, dado

que además de activar la alarma corta el paso del gas. Como es más sofisticado, se

recomienda que su instalación la realice un técnico. Los especialistas aconsejan que

siempre sea un profesional el que instale estos aparatos.

Diseños Atornillados: Se trata de aquellos dispositivos que presentan menos complicaciones de instalación. Son atornillados a la pared y requieren de pilas para

su funcionamiento. Son menos molestos.

Diseños empotrados: Son dispositivos cuya instalación es más compleja porque van empotrados en una caja y, por lo general, requieren un transformador. Llevan

un cableado desde el dispositivo hasta la válvula de corte de gas automática. De

cualquier forma, todos los sistemas se alimentan de energía eléctrica.

Tipo de gas: Se trata de sistemas preparados para detectar un tipo de gas determinado (monóxido de carbono, óxidos de nitrógenos, oxígeno, etc.). Cabe

aclarar que existen diseños que tienen la capacidad de detectar diferentes tipos de

gas.


1.2. Métodos de Detección de Gases

Los principios en los cuales los métodos de detección de gases están basados incluyen

oxidación catalítica, electroquímica, óptica (Infrarrojo sin dispersión y un tipo de

interferómetro), conductividad eléctrica (Semiconductores) y adsorbentes químicos.

- Detectores de Oxidación Catalítica: Son usados para medir la concentración de gases

combustibles, en particular metano y monóxido de carbono, para medir el calor

generado durante el proceso de oxidación o el cambio en resistencia en un circuito

eléctrico (Wheatstone bridge). En el principio de Wheatstone bridge, una pieza del

puente es usado para quemar el gas, de este modo calentar la pieza y causar un

desequilibrio en la resistencia del puente, lo cual es proporcional a la concentración de

los gases combustibles presentes.

- Sensores Electroquímicos: Son sensores que han encontrado la aplicación en la

determinación de la concentración de oxígeno, monóxido de carbono, sulfuro de

hidrógeno y óxidos de nitrógeno. En estos sensores, el gas medido reacciona con un

electrodo especial en un electrolito. Esta reacción genera una corriente eléctrica que es

proporcional a la concentración de los gases presentes.

- Detectores Ópticos: Son básicamente de dos tipos:

a. Detector Infrarrojo Sin Dispersión: Se basa en el principio que gases

diferentes absorben luz en longitudes de onda específicas y distintos. Pasando

luz a través de una mezcla de gas y medir la cantidad de absorción, la

concentración del gas es determinado.

b. Interferómetro: Se basa en la diferencia en el índice de refracción entre dos

gases. Básicamente, un rayo de luz es dividido, una parte se pasa a través de una

cámara rellena con aire y la otra parte pasa a través de una cámara rellena con

una mezcla de gas desconocido. La diferencia en la velocidad de los dos rayos

es proporcional a la concentración del gas de interés.

El método más moderno de detección de gas es el de conductividad eléctrica, que usa tipos

de elementos especiales (semiconductores) que cambia la resistencia en la presencia de

ciertos gases.

El último método de detección de gas el de tubos de manchas, que usa las propiedades

reactivas de los gases y las propiedades químicas para causar cambios de color en la

química. Estos cambios de color son proporcional a la concentración de gas, medido con la

longitud o la intensidad de la mancha.


1.3. Detectores de Mano

El tipo de instrumento más común usado en la industria minera, los detectores de mano, son

pequeños y livianos. Estos son usados para chequear en un punto la calidad del aire en

varias locaciones interior mina. Aquellos gases que están etiquetados en niveles permisibles

han sido testeados y reúne los requerimientos. En general, el rótulo permisible indica

solamente que el instrumento es seguro para usarse en una mezcla de aire-metano. Además,

detectores que son testeados en una mezcla aire-metano no deberían ser usados para hacer

chequeos para gases que son más explosivos que el metano.

a. Lámparas de Seguridad

La lámpara de seguridad de flama es el más antiguo tipo de detector de gas. Por años ha

sido el único dispositivo disponible para chequear el metano. Es también útil para chequear

la deficiencia de oxígeno. Una lámpara de seguridad con flama no quemará en aire sin

metano teniendo un contenido de oxígeno de menos que aproximadamente 16%. En

ambientes que contienen metano, una lámpara de seguridad con flama continuará para

quemar en más bajas concentraciones de oxígeno; sin embargo, con contenidos de oxígeno

de menos que 13%, la lámpara será extinguida a pesar de todo el contenido de metano del

aire. Debería ser recalcado que con un contenido de oxígeno de aproximadamente un 13%,

podría haber una pérdida de conciencia si la exposición es prolongada.

Las lámparas de seguridad de flama deberían estar limpias, en buenas condiciones y

apropiadamente ensambladas porque numerosos accidentes y explosiones, según se dice,

han sido causados por lámparas defectuosas. Las lámparas de seguridad de flama nunca

deberían ser abiertas en interior mina y deberían ser encendidas en entradas de aire. Hoy en

día, una lámpara de seguridad con flama es rara vez usada excepto para evaluar la

deficiencia de oxígeno.

b. Detectores de Metano

Los detectores de mano de metano o metanómetros usa dos métodos básicos de detección:

la oxidación catalítica y la interferometría óptica. Los detectores de oxidación catalítica

operan con el principio de Wheatstone Bridge. Además de detectar metano, este tipo de

detector es sensible para medir altos niveles de hidrocarburos como etano y propano,

hidrógeno y otros gases inflamables. Si estos gases están presentes, causan lecturas

erróneas. Además de ser afectado por otros gases inflamables, el detector de oxidación

catalítica es también sensible para la deficiencia de oxígeno. Testeos han mostrado que este

tipo de detector no debería ser usado cuando el contenido de oxígeno del aire cae bajo

aproximadamente a un 10%.


Los detectores de mano ópticos usados para detectar metano son del tipo interferómetro.

Estos detectores comparan la velocidad de la luz a través del aire puro con la velocidad a

través del aire que está siendo testeado. Los dos rayos de luz están combinados,

produciendo franjas de interferencia. La posición de estas franjas es indicada por la

concentración de metano. Como con el detector de metano de oxidación catalítico, el

interferómetro también es sensible a otros gases como propano y etano que causan altas

mediciones y monóxido de carbono que causa una medición que es más baja a la actual

concentración de metano. Cuando se expone a una mezcla hidrogeno-aire, este tipo de

detector de metano indica una concentración gas negativo. Este detector también es

sensible al dióxido de carbono, vapor de agua y la deficiencia de oxígeno. Los índices de

refracción del dióxido de carbono y el vapor de agua son comparables a las del metano. Un

porciento de dióxido de carbono da una lectura de metano de aproximadamente 1%. Una

disminución del contenido de oxígeno causa que el detector tenga lecturas altas. Cada

porcentaje de disminución en oxígeno resulta en aproximadamente un 2% de indicación de

metano.

c. Detectores de Oxígeno

Los detectores de oxígeno más usados son las lámparas de seguridad de flama. Ahora bien,

se indica que las lámparas de seguridad con flama indican solamente un ambiente de

oxígeno deficiente, la real concentración de oxígeno puede ser medida usando aparatos

líquidos de absorción, tubos de mancha, analizadores paramagnéticos y detectores

electroquímicos o pila de combustible. Los instrumentos disponibles ahora combinan

detectores de metano y detectores de oxigeno un solo dispositivo.

d. Detectores para Monóxido de Carbono y Otros Gases Tóxicos

Todos los gases tóxicos encontrados en interior mina son detectados usando colorímetros

con tubos indicador (Tubos de manchas). Estos dispositivos usualmente consisten de una

bomba mecánica, un orificio limite que regula el rango de flujo de aire, y un tubo de vidrio

que contiene un reactivo químico que es sensible a los gases de interés. Dos tipos básicos

de tubos de manchas son usados en la industria minera. La primera utiliza la longitud de la

mancha generada por la reacción del gas de interés con el reactivo químico en el tubo como

una medida de la concentración de gas. El otro compara la intensidad del tubo del color

creado por la reacción con un color estándar para el tubo. Esto es, algunos tubos son

sensibles a más de un gas. Por esta razón, la persona que hace la medición debería conocer

las características del tubo que está siendo usado.


2. Análisis de los Diferentes Medidores

Existen una serie de instrumentos convencionales para medir la concentración de gases, que

van desde los que utilizaban los antiguos mineros de manera preferente para reconocer las

condiciones ambientales a las que estaban sometidos hasta modernos sistemas de medición

y medidores de alta capacidad, es por ello que es reconocible destacar los siguientes

instrumentos:

2.1. La Flama

2.1.1. Funcionamiento

Este método era utilizado antes para la detección, identificación y en especial para

evaluación de la calidad de la atmosfera en una mina subterránea, este método se producía

debido a una reacción química que provocaba en estar en contacto la llama del fuego con

lugares cerrados o de poco oxígeno.

Con este método se podían medir 2 tipos de situaciones en las mineras, uno de ellos era el

poco oxigeno que existía en el lugar lo cual afectaba a la capacidad de las personas

llevándolas incluso a la inconciencia y el otro la presencia de metano que podía provocar la

muerte de las personas debido a la explosión que conllevaba.

2.1.2. Tipos

2.1.2.1. Fósforo

Este método es uno de los más económicos y de fácil utilización para detectar la deficiencia

del oxígeno que existía en las minas, no está permitido utilizarlo en las minas de carbón

debido a las reacciones químicas que podía producir al estar en presencia de metano.

El oxígeno es un gas que en su estado normal es la fuente de la combustión y mantiene la

vida de las personas. Este gas es incoloro, inodoro e insípido. Y es el elemento del aire que

el hombre respira para subsistir.

El hombre respira más fácilmente y trabaja mejor cuando el contenido del oxígeno se

mantiene aproximadamente en 21%. Cuando baja a 15%, los efectos en él serán respiración

agitada, aceleración de los latidos del corazón, zumbido de los oídos y desvanecimiento.


La pérdida del conocimiento vendrá cuando

el contenido de oxigeno baja del 12%.

La llama de una vela o un fósforo se apaga cuando el contenido de oxígeno baja del 16%.

El encendido de un fósforo dentro de las labores mineras es un buen método para detectar

la deficiencia del oxígeno.


2.1.2.2. La Lámpara

La lámpara de seguridad de flama es probablemente el detector más conocido en las

categorías de reacción química. Hoy en día las lámparas de seguridad son mejores de

aquellas desarrolladas en Inglaterra para la iluminación por Clanay, Davy y Stephensen.

Estas operan bajo el principio de que la flama de una lámpara de aceite incrementara su

tamaño cuando está quemándose en una atmosfera que contiene metano.

Fig. Lámpara de Davy.

Desafortunadamente, la flama disminuye su tamaño en una atmosfera deficiente de oxígeno

y se extinguirá cuando la concentración de oxigeno decae por debajo del 16% del volumen

de aire. Además, cuando se usa en minas subterráneas, muy pocos observadores pueden

determinar confiablemente la concentración de metano en el aire a niveles de concentración

por debajo del 1.25% por lo tanto la lámpara de seguridad debe ser utilizada como un

aparato secundario en la detección de metano.


Bajo Oxígeno. Condiciones Normales. Presencia de Metano.

Muchos operadores usan la lámpara de seguridad de flama junto con otros instrumentos

manuales para hacer pruebas de deficiencia de oxígeno y metano. Cuando se usan

subterráneamente se deberán seguir las instrucciones del fabricante precisamente, porque

muchas explosiones en las minas subterráneas han sido atribuidas al mal ensamble y al uso

erróneo de estas lámparas.

La concentración de metano no deberá exceder 1.0% en volumen del aire en cualquier lugar

donde haya mineros trabajando cuando este sea muestreado.


La presencia de metano en una mina producía la explosión en ella.

Nuevos instrumentos manuales para la detección de gases están reemplazando a la lámpara

de seguridad de flama. Uno de ellos es el monitor de metano y oxigeno MX250 que mide

ambos gases, y el CMX270 el cual mide el metano, oxígeno y monóxido de carbono

2.1.3. Lugares de utilización:

Estos 2 métodos mencionados anteriormente fueron muy utilizados en los siglos pasado por

los mineros en especial por la pequeña minería y en especial por motivos que no se

necesitaba de gran capacidad para poder llevarlos a cabo en una operación minera.


2.2. El Canario


El método del canario se ha usado históricamente en las minas de carbón como señal de

alarma de los gases tóxicos como el metano o el monóxido de carbono mataban antes a los

animales que a los mineros, por esa razón los tenían allí. Si los pájaros cantaban, ningún

problema, los mineros disfrutaban de una calma relativa mientras les oían, sin tener que

estar pendientes de ellos en todo momento. Pero si el canario dejaba de cantar, los mineros

salían del agujero corriendo.

¿Por qué los canarios y no otros animales?

Principalmente porque los canarios son muy sensibles al metano y al CO (monóxido de

carbono). En algunas ocasiones se intentaron utilizar otros animales pero ninguno tenía las

capacidades de los canarios para detectar estos gases.

Como puedes imaginar los canarios no les decían a los mineros, ¡eh ustedes! despejad la

zona que no hay oxígeno. Normalmente el canario cuando se introducía en la mina

cantaba. Siempre y cuando el canario cantara significaba que no había ningún peligro pero

si el canario por lo que fuera dejaba de cantar y perdía el conocimiento, significaba que

había que evacuar la zona inmediatamente ya que no era apta para la vida.

Como comprenderás esto no se utiliza hoy en día, hay detectores de gases, sistemas de

ventilación, etc… el uso del canario se fue eliminando de las minas a partir de 1986.

Que no se sigan usando no significa que no debiéramos conocer por qué se utilizaban los

canarios en las minas.


Este método era de gran ayuda para evitar las explosiones en las minas como muestra la

siguiente figura debido a la reacción del gas metano.

2.2.2. Lugares de utilización

Hasta no hace mucho tiempo no existía la tecnología que nos rodea en nuestra vida

cotidiana por eso tuvieron que ingeniárselas para saber cuándo una galería era habitable o

no. Y como siempre, tuvieron una simple y gran idea para remediar un gran problema,

empezaron a llevarse canarios a las profundidades de sus minas para saber cuándo las


cantidades de oxígeno o de cualquier otro contaminante eran tan bajas o tan altas

respectivamente que no permitían la vida en esa zona.

Uno de los lugares que se utilizo fue en la mina de diamantes más grande del mundo (más

de 500m bajo el nivel del mar) donde el canaria a medida que se iba bajando se podía

determinar si era posible trabajar en ese lugar.

Pero donde este animal se utilizó con más ayuda fue en la minería de carbol donde aquí si

fue un aporte para la pequeña minería que en muchos casos no tenía los medios para poder

realizar las mediciones de otra forma.

Evaluación de gases en una mina.

http://www.lavidacotidiana.es/la-mina-de-diamantes-mas-grande-del-mundo/


2.3. Tubos Colorimétricos

2.3.1. Funcionamiento El detector contiene la cantidad precisa de los reactivos apropiados dentro de un tubo de

vidrio de diámetro interior constante, sellado herméticamente por ambos extremos.

Para hacer la medición, se rompen los extremos del tubo detector y se conecta a la bomba

muestreadora. Se procede entonces a jalar la manija de la bomba para tomar un volumen

pre-determinado de la muestra de gas.

El sistema de reactivos dentro del tubo detector reaccionará de inmediato con el gas a medir

de la muestra, desarrollando una coloración específica dentro del tubo detector, a partir del

extremo donde entra la muestra. La concentración del gas se muestra en el punto de cambio

de color en el reactivo. El sistema proporciona una indicación cuantitativa de la

concentración de gas, dependiendo de la longitud de coloración dentro del tubo detector


2.3.2. Procedimiento de muestro y medición

1. Romper ambas puntas del tubo detector introduciéndolas y doblándolas en el

orificio colocado ex profeso a un lado de la bomba para este propósito.

2. Insertar ahora el tubo detector en la entrada frontal de la bomba con la flecha

indicadora apuntando hacia la bomba.

3. Introducir la manija hasta el fondo, y alinear las marcas guía de la manija con las de

la bomba.

4. Sacar la manija de la bomba hasta la marca del volumen deseado: a la traba de 1/2

ciclo de bombeo (50 ml) o hasta completar todo el ciclo completo (100 ml).

5. Al jalar la manija se introduce a la bomba el volumen previsto de la muestra de gas

y el reactivo empieza a cambiar de color a partir del punto de entrada de la muestra.

El punto de interface entre la parte coloreada y la no coloreada del tubo detector

indica la concentración del gas muestreado. Destrabar la manija girando 1/4 de

vuelta y regresarla al punto inicial, empujándola hasta el fondo.

6. Si se requiere mayor número de ciclos de bombeo para obtener un mayor volumen

de muestra, continuar jalando y metiendo la manija de la bomba hasta completarlos,

sin retirar el tubo detector.


2.3.3. Tipos

Específicamente para este tipo existe una inmensa variedad, ya que para cada gas que se

desee medir, se requerirá un tubo colorimétrico distinto. Y el valor de estos tubos en

general no posee gran variación, siendo vendidos en paquetes de 10 unidades a un valor

entre los 40~50 US$.

2.3.4. Lugares de Utilización

Es principalmente usado en la mediana y gran minería, y de cierto modo también en la

pequeña minería, de por si es una opción bastante económica y confiable, más allá de la

necesidad de en ciertos casos del uso de una bomba, existe la posibilidad del uso sin

bomba, lo cual permite economizar más aún (dando la posibilidad de usarse en la pequeña

minería), pero con el contratiempo de que la medición toma un tiempo mayor en llevarse a

cabo.


2.4. Detectores Electrónicos

Los gases que se forman naturalmente siguen siendo el peligro principal en el aire en la

industria minera y continúan creando en los mineros el riesgo de envenenamiento por

exposición a gases tóxicos, asfixia e incendios o explosión causados por gases combustibles

Los equipos de detección de gases son productos de tecnología de seguridad y son

utilizados preferentemente para proteger a los trabajadores y asegurar la seguridad de la

planta.

Los sistemas de detección de gases están dedicados a detectar concentraciones de gas

peligrosas, para activar alarmas y – hasta donde sea posible – activar contramedidas antes

de que se pueda producir una situación peligrosa para empleados, instalaciones y

medioambiente.

Los equipos para detección de gases pueden ser portátiles (o semi-portátiles) o sistemas

fijos de detección de gases. La seguridad de una zona potencialmente afectada por gases y

vapores peligrosos depende principalmente de la fiabilidad del sistema de detección de

gases, y especialmente de la calidad de los sensores utilizados.

Al contrario que los sensores de equipos portátiles, los sensores fijos incluyendo su

electrónica están en funcionamiento continuamente, año tras año, las 24 horas al día – solo

para estar disponibles para el instante aleatorio de un escape de gas.


2.4.1.1. Sensor Electroquímico Muchos gases tóxicos también son muy reactivos y en condiciones adecuadas cambian con

reacciones químicas. El sensor electroquímico es un micro-reactor, que con la presencia de

gases reactivos produce electrones exactamente como una batería. El flujo de electrones es

una corriente eléctrica muy baja pero medible.

Un sensor electroquímico consiste como mínimo dos electrodos (electrodo de medida y

contra electrodo) que tienen contacto eléctrico de dos maneras diferentes: por un lado vía

un medio eléctricamente conductivo llamado electrolito (un líquido pastoso para transportar

iones), por otro lado vía un circuito de corriente eléctrica externo (un simple cable de cobre

para transportar electrones):


Los electrodos están fabricados de un material especial que también tiene características

catalíticas haciendo posible reacciones químicas en la llamada zona de 3 fases, donde hay

presencia de gas, catalizador sólido y electrolito líquido. El recolector de electrones

oxígeno necesario para esta reacción proviene del aire ambiente. Se conocen más

recolectores de electrones, por ejemplo cloro, flúor, ozono o dióxido de nitrógeno. Así la

corriente de los sensores utilizados para estos gases fluye en dirección invertida. La

corriente se puede medir con un micro-amperímetro.


2.4.1.2. Sensor Catalítico

Bajo ciertas circunstancias los gases y vapores inflamables se pueden oxidar mediante el

oxígeno del aire para liberar calor de la reacción. Normalmente esto se consigue por un

material catalizador especial y adecuadamente calentado, que aumenta ligeramente su

temperatura por el calor de la reacción. Este aumento de temperatura es una medida para la

concentración de gas.

Los llamados pellistores son perlas cerámicas minúsculas y muy porosas (diámetro aprox. 1

mm) rodeando una pequeña bobina de hilo de platino. Hay una corriente eléctrica fluyendo

a través de la bobina de platino de tal manera que el pellistor se calienta a unos cientos de

grados Celsius. Si la perla cerámica contiene un de material catalizador adecuado, la

temperatura del pellistor aumentará con la presencia de gas inflamable, y por consiguiente

la resistencia de la bobina del hilo de platino aumentará. Este cambio en la resistencia con

respecto a la resistencia en aire limpio se utiliza para la evaluación electrónica

CH4 + 2 O2 2 H2O + CO2 + calor de la reacción

Por medio del oxígeno del aire que es absorbido por el material poroso y activado por el

catalizador, el metano gaseoso es oxidado en el pellistor caliente. Además de vapor de agua

y dióxido de carbono se puede medir el calor de la reacción.

Para eliminar influencias por cambios de la temperatura ambiente, se utiliza un segundo

pellistor, que es muy similar pero que no reacciona al gas, porque el pellistor no contiene el

material catalizador o está inhibido de cualquier otra manera. Integrando los dos pellistores

en un circuito de puente Wheatstone tiene como resultado un sensor para la medición de

concentración de gases inflamables, en gran medida independiente de la temperatura

ambiente.


Un pellistor solo, no es adecuado para la detección de gases y vapores inflamables. Hace

falta un segundo para compensar los parámetros ambientales (especialmente temperatura y

humedad). Y debe estar protegido contra explosiones. Mediante una carcasa antideflagrante

y un disco sinterizado resulta un sensor de perlas catalíticas útil.

Un pellistor solo, no es adecuado para la detección de gases y vapores inflamables. Hace

falta un segundo para compensar los parámetros ambientales (especialmente temperatura y

humedad). Y debe estar protegido contra explosiones. Mediante una carcasa antideflagrante

y un disco sinterizado resulta un sensor de perlas catalíticas útil.

El pellistor compensador está fabricado de manera muy similar al pellistor activo, pero no

contiene material catalizador para que no pueda oxidar. Si la temperatura ambiente cambia,

la resistencia de ambos pellistores cambiarán y no hay señal puente. Sin embargo, si hay

presencia de gas, solo la resistencia del pellistor activo cambia y el puente Wheatstone se

desequilibra. Ya que los pellistores del sensor de perla catalítica son calentados hasta unos

450 °C, puede funcionar como una fuente de ignición si el LEL es sobrepasado y la

temperatura de ignición del gas son inferior a 450 °C. Mediante un disco sinterizado se

evita lo siguiente:

Si en el interior del sensor de perla catalítica se produce una ignición, la carcasa del sensor

resistirá la presión de la explosión y la llama es enfriada por debajo de la temperatura de

ignición del gas, y ninguna llama pasa al exterior.

El pellistor activo y el compensador son colocados en una carcasa encapsulada a prueba de

llamas. El gas penetra a través del disco sinterizado al interior del sensor donde es oxidado

por el pellistor activo.

Estas son las características de la llamada encapsulación antideflagrante.

Los sensores de perla catalítica funcionan con un circuito electrónico llamado puente

Wheatstone, que es adecuado para convertir cambios de resistencia muy pequeños en


voltajes medibles. Si la segunda mitad del puente Wheatstone es colocado en la unidad de

control, el sensor de perla catalítica puede ser conectado a las unidades de control mediante

cables muy largos. Sin embargo, son cortos cuando el sensor es instalado en un transmisor.

2.4.1.3. Sensor Infrarrojo

Considerando el amplio margen de gases y vapores inflamables, uno se da cuenta que la

mayoría de estas sustancias son compuestos químicos que principalmente consisten en

carbono, hidrógeno, oxígeno, y a veces nitrógeno. Estos compuestos orgánicos se

denominan hidrocarburos. Los hidrocarburos tienen propiedades especiales que pueden ser

usados para la medición por infrarrojos de su concentración.

Todos los gases absorben radiación de una manera característica, algunos incluso en el

rango visible (0.4 a 0.8 micrómetros). Esto es por lo que el cloro es verde-amarillo, el

dióxido de bromo y el de nitrógeno son marrón-rojo, el iodo es violeta, etc. Sin embargo,

estos colores solo se pueden ver en concentraciones muy altas y letales. Los hidrocarburos

absorben radiación a un rango determinado de longitud de onda, aprox. de 3.3 a 3.5

micrómetros, y, puesto que el oxígeno, el nitrógeno y el argón no absorben, esto puede ser

usado para la medición de concentración de hidrocarburos en aire.

Un sistema óptico conteniendo una mezcla de por ejemplo metano o propano en aire

atenuará una intensidad de infrarrojo entrante de una manera predecible, y para un gas dado

esta atenuación depende solamente de su concentración.

Aire: los infrarrojos pasan sin ser atenuados, no hay intensidad reducida, no hay señal de

medida

Gas: los infrarrojos pasan atenuados, intensidad reducida, la señal de medida corresponde a

la concentración de gas actual.

Este principio de fotómetro es la base de un equipo de medición por infrarrojos. La

correlación de reducción de intensidad medida por un lado y la concentración de gas en el


sistema óptico por otro, es realizada por el proceso de calibración: una concentración de gas

definida siempre provoca la misma reducción de intensidad y en consecuencia siempre la

misma señal de medida.

La mayoría de los gases y vapores inflamables son hidrocarburos que casi siempre son

detectables por su característica absorción de infrarrojos.

2.4.2. Tipos

Entre la gran variedad de tipos de aparatos electrónicos portátiles para la medición de

gases, existe una gran variedad, en la cual podemos separar en 2 grupos, medidores los

cuales pueden medir exclusivamente 1 gas (mono-detectores) y los cuales pueden detectar

una variedad de gases (poli-detectores).

2.4.3. Lugares de Utilización

Principalmente usada en la gran minería, por su elevado precio, además de que requiere

mantenimiento, además de calibraciones periódicas.

Un equipo electrónico para la medición de gases puede variar entre los 1000 US$, donde

encontramos medidores simples, mono-detectores, de una vida media baja, a equipos de

mayor calidad y desempeño, poli-detectores, con la capacidad de medir variedad de gases

simultáneamente, con una larga vida útil superando los 4000 US$. Es por esta misma razón

que su uso es principalmente en la gran minería, en proyectos de larga vida media.


3. Detectores en el Mercado Actual

3.1 Marcas Equipos Digitales

En el mundo, existen numerosas empresas que venden diversos instrumentos para la

medición de concentraciones de gas tóxicos, en minería no existen marcas destacadas en el

tema, pero se comprende que cada empresa entrega elementos de excelente calidad y a

precios en coordinación a las funciones que puede llegar a hacer el detector, es por ello que

en los siguientes puntos se presentara algunas marcas que destacan por sus instrumentos.

3.1.1. SAEX

- Detector de Gas Personal – GasWatch

El Gas Detector Personal – GasWatch es el primer monitor para medir gas que puede ser

usado cómodamente en la muñeca como un reloj.

GasWatch es un instrumentos que utiliza un método cómodo y barato, además es manos

libres para un monitoreo constante de los posibles contaminantes como monóxido de

carbono o sulfuro de hidrógeno y para controlar la deficiencia de oxígeno.

GasWatch está construido con vibrador y alarmas audibles y visuales que alertan

inmediatamente a las personas de una condición peligrosa de gas.


- Detector de Gas Personal SC-01

Es un monitor de gas individual con piezas intercambiables de detector de varios gases

diferentes.

Pesa sólo 215,5 gramos, tiene muchas características que lo diferencian de la competencia.

Por ejemplo, dispone de sensores para amoníaco (NH3), arsina (AsH3), monóxido de

carbono (CO), cloro (Cl2), Diborano (B2H6), Disilane (Si2H6), Germane (GeH4),

seleniuro de hidrógeno (H2Se), sulfuro de hidrógeno (H2S) y fosfina (PH3).


3.1.2. MSA

- Detectores de Gas Portátil

Detector de gas portátil revestido de armadura de goma resistente y con alarmas LED ultra

brillantes.

Son detectores de gas portátiles operados por un medidor de gas certificado que acompaña

a cada equipo de túnel subterráneo. Este equipo, reconocido como el canario moderno,

reconoce el contenido de oxígeno, sulfuro de hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de

carbono, dióxido de nitrógeno y gases explosivos como metano. Además, si detecta ciertos

gases explosivos o peligrosos a niveles llevó las luces parpadean y suena una alarma

audible.

Los niveles de gas dictan que sigan los procedimientos de seguridad estrictos los equipos.

Si se detectan niveles de gas en 10% LEL o límite explosivo menor, entonces medidas se

toman para aumentar la ventilación del túnel. Trabajo puede continuar, pero debe realizarse

con sumo cuidado. Si los niveles de gas alcanzan 20% LEL entonces energía eléctrica es

apagado y los mineros deben evacuar el túnel.


3.1.3. Dräger

- Dräger X-am 7000

El Dräger A-am 7000 es la mejor solución para la detección simultánea y continua de hasta

cinco gases. Una combinación de más de 25 sensores flexibles para tareas de motorización

individuales. El Dräger A-am 7000 puede ser equipado con tres sensores electroquímicos y

dos sensores a combinar entre catalíticos, dos infrarrojos o un sensor de fotoionización. Es

el compañero ideas en una gran variedad de aplicaciones donde es necesaria una

motorización rápida y fiable de oxígeno, además de gases y vapores tóxicos y/o

combustibles en el ambiente.

Equipo con protección incorporada contra polvo y humedad, el Dräger X-am 7000 puede

sumergirse sin que se dañe hasta 1,5 m. Además una funda protectora de goma

especialmente diseñada protege al equipo contra daños debidos a golpes y vibraciones.

La amplia gama de más de 25 sensores Dräger permite la detección de más de 100 gases y

vapores diferentes.


- Dräger X-am 5000

A pesar de su amplia funcionalidad, el Dräger X-am 5000 destaca por su ergonomía y

reducido tamaño, lo que garantiza al usuario una gran comodidad de transporte. De diseño

práctico y funcional, el panel de control de dos botones y el sencillo menú facilitan el uso

intuitivo del equipo. Asimismo, el equipo viene equipado de serie con una memoria para

almacenamiento de datos medidos, que se pueden evaluar y analizar con el software para

PC Dräger Gas Vision.

El sensor catalítico mide concentraciones de 0-100% LIE para gases explosivos y de 0-100

Vol. % de metano. El concepto de calibración facilita el ajuste incluso con vapores. Con la

máxima sensibilidad el equipo avisa de forma rápida del peligro de gases y/o vapores

explosivos.

El Dräger X-am 5000 está protegido contra agua y polvo, que garantiza que el equipo sigue

funcionando correctamente incluso después de caer al agua. La funda protectora de goma

integrada así como los sensores resistentes a los golpes ofrece una seguridad adicional en

caso de impactos y vibraciones. Además el Dräger X-am 5000 tiene protección total a las

radiaciones electromagnéticas.

Los sensores pueden ser sustituidos, cambiados o ajustados a otros gases con gran facilidad.


Una bomba externa opcional, que puede ser utilizada con una sonda de hasta 20 m de

longitud, es la solución ideal para aplicaciones en mediciones de entrada en espacios

confinados así como control en tanques, pozos, etc. Al introducir el equipo de medición la

bomba se activa automáticamente.

- Dräger Pac 7000

El Dräger Pac 7000 tiene como característica un menú integrado en que se puede

seleccionar el modo test de prueba (bump test), calibración de aire fresco o calibración de

sensibilidad. El equipo está equipado con un interfaz infrarrojo y puede comunicarse al PC

via un módulo de conexión o el sistema Dräger E-cal. Los programas de software Dräger

Pac Vision o CC-Vision se pueden instalar en cualquier PC para configuración de estas

funciones, así como para calibración o descarga de datos almacenados. Asímismo los

equipos disponen de una memoria estándar para almacenamiento de datos, que podemos

evaluar con el software para PC Dräger Gas Vision.

Combinado con una alarma vibratoria se activan una alarma acústica y óptica al sobrepasar

los dos niveles de alarma ajustables. Para una percepción óptima se emplea una alarma de

dos tonos. Adicionalmente el Dräger Pac 7000 dispone de una alarma de exposición TWA

y una alarma STEL ajustables. Al final de la capacidad de pila así como en el caso de fallos

en el equipo también suena una alarma de aviso.

La carcasa del Dräger Pac 7000 está recubierta con una protección de goma y es resistente a

golpes y los productos químicos más corrosivos. El equipo cumple los requisitos de la

IP 68. El Dräger Pac 7000 es un equipo de vida de uso ilimitada, diseñado para asegurar

largos periodos de funcionamiento. La batería y el sensor pueden ser sustituidos fácilmente

sin ninguna herramienta especial. Asimismo, el filtro de partículas y humedad del frontal

del equipo se puede cambiar de forma sencilla cuando esté obstruido a causa de polvo o

suciedad.

Está equipado con una nueva tecnología de sensores miniaturizados Dräger XXS. El

pequeño tamaño del sensor apoya el diseño orientado al uso del equipo. Debido a unas

cortas distancias de difusión en el equipo y tiempos de reacción electroquímica muy


rápidos en los nuevos sensores Dräger XXS, los peligros por concentración de gases son

mostrados inmediatamente.

- Dräger MSI EM200

Todos los componentes están fijados mediante la carcasa interior EPP y protegidos de

forma excelente por espuma de poliuretano en una carcasa externa. De este modo se

presenta una construcción especialmente resistente al impacto y a choques.

Valores medidos

Oxígeno.

Temperatura ambiente.

Temperatura del humo.

Tiro de chimenea, P en hPa.

Dióxido de carbono.

Presión diferencial.

Monóxido de Carbono, NO, NO2 o SO2, dependiendo de la versión.

Características

Memoria de datos.

Sensores electroquímicos.

Bomba integrada.

Pantalla de caracteres gráficos (con iluminación de fondo).

Emisor infrarrojo integrado.

Acondicionador de muestra, protegido (trampa de condensados y filtros).

especialmente resistente a golpes por la fijación de componentes en la carcasa interior

con espuma EPP.

Placa imantada.

Opción: descarga de datos del controlador digital del quemador con el Dräger MSI

Dual BCI-S o Dräger MSI Smart BCI.

Detención automática de la bomba en caso de que se exceda el rango de medición de

CO.


Conclusiones y Recomendaciones

El crecimiento urbano e industrial de las últimas décadas ha ocasionado un aumento

significativo de la contaminación ambiental, en específico lo que se considera la

contaminación química, que es un riesgo para la salud del ser humano. Sin lugar a dudas, la

minería produce toda una serie de contaminantes gaseosos, líquidos y sólidos, ahora bien,

las emisiones entregadas en términos de volumen son muy menores en comparación a otras

actividades industriales. Es así, como para evitar que los trabajadores sufran efectos

nocivos por la deficiencia de oxígeno en zonas de aire viciado por presencia de gases

contaminantes, se han establecido estándares ambientales de la cantidad de gases en las

zonas sobretodo en interior mina, donde la ventilación es menor. Diversos fabricantes por

años han elaborado y construido diversos instrumentos de medición de las concentraciones

de gases, desde elementos muy sencillos hasta artefactos de alta calidad, exactitud y

precisión. La tecnología ha permitido crear instrumentos que van más allá de lo reconocido

hace no más de una década donde instrumentos manuales y elementos sencillos permitían

reconocer la presencia de un gas nocivo, como utilizar aves, encender velas, utilizar

sensores lumínicos, reactivos u otro; hoy todo eso ha cambiado, instrumentos de alto poder

sensitivo utilizan incluso sensores láser, reconocimiento de una gran diversidad de gases

con un mismo dispositivo en el lugar y de forma rápida e inmediata, además los costos no

son elevados y poseen dimensiones dinámicas y de fácil manejo, incluyendo una

manipulación sencilla, avisos lumínicos y sonoros al estar en presencia de gases

contaminantes con una concentración sobre la establecida en el mismo aparato y a través de

una pantalla expresa la concentración numérica del gas. Se ha reconocido que con estos

instrumentos se ha reducido la cantidad de contaminante y además la exposición constante

de las personas a gases letales para la salud.

Los instrumentos reconocedores de concentraciones de gases son muy importantes de

poseer en toda mina subterránea, ya que sin dudas los gases nocivos van a estar presente

por las explosiones de avance y la utilización de equipos que utilizan combustibles.

Encontrar instrumentos de gran calidad en la actualidad es fácil y se deben estimar los

recursos para adquirirlos, ya que son extremadamente relevantes.


Referencias

Hartman, H. et al (1997). Mine Ventilation and Air Conditioning. Third Edition, 730.

Novitzky, A. (1962). Ventilación de Minas. Primera Edición, 554.

Gas Detection through the Ages. Recuperado de:

http://ehstoday.com/industrial_hygiene/instrumentation/gas-detection-ages-0501

Análisis de los Gases de las Minas. Recuperado de:

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/3075/Capitulo2.pdf

Catálogo de Instrumentos. Recuperado de:

http://www.draeger.com/sites/es_csa/Pages/default.aspx

Catálogo de Instrumentos. Recuperado de: http://cl.msasafety.com/

Catálogo de Instrumentos. Recuperado de:

http://www.intrinsically-safe-instruments.com/sa-ex-instruments.html

Instrumentos Para La Medición de La Concentración de Contaminantes Al Interior Mina

Documents

Transcript of Instrumentos Para La Medición de La Concentración de Contaminantes Al Interior Mina