INCOMODIDADE TÉRMICA NO AMBIENTE SUBTERRÂNEO -

CASO ESTUDO EM MINAS IBERO-AMERICANAS

VIDAL NAVARRO TORRESCentro de recursos Naturais e Ambiente do

IST Universidade Técnica de Lisboa

Lisb

oa

Portu

gal

CONTEÚDO

Introdução Modelos matemáticos Caso estudo em minas Ibero-americanas

Caracterização térmica no ambiente subterrâneo da mina de Neves

Caracterização térmica do ambiente subterrâneo da mina de San Rafael

Analise comparativa das normas Portuguesa e Peruana Medidas correctivas do impacte ambiental térmico

Conclusões

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Portu

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INTRODUÇÃO

Efi

ciên

cia

no t

raba

lho

(%)

%)

Temperatura efectiva, Te , ou Temperatura húmida, Th (ºF)

100

60

80

40

20

0 80 70 100 110 90 120 60

Th

Te

V = 2.03 m/s

V = 4.06 m/s

V = 0.51 m/s

V = velocidade do ar Th = Temperatura húmida

Perda de interesse nas actividades que realiza;

Frequentes descansos ou folgas;

Desejo de concluir a actividade rapidamente;

Irritabilidade; Redução do grau de

concentração; Falta de sentido e de

atenção; A morte > 42 ºC e em

tempo prolongado.

Lisb

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gal

Exemplo da variação da temperatura na mina de Neves Corvo, no circuito com entrada pelo poço de Santa Bárbara e saída pelo poço CPV2

17

19

21

23

25

27

29

31

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

Percuso do ar (m)

Tem

pera

tura

(ºC

)

Temperatura seca Temperatura húmida

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Causas principais para o acréscimo da temperatura no ambiente subterrâneo Autocompressão; Propriedade termal do maciço rochoso; Uso de equipamentos diesel; Detonações de cargas explosivas; Metabolismo humano; Presença de água termal.

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MODELO MATEMÁTICO

Autocompressão (tha); Transmissão do calor do maciço rochoso (tr) ; Equipamentos com motor diesel (ted); Detonação de cargas explosivas (tex); Metabolismo humano (th); Presença de água termal (tt).

thexedrhatotal ttttttttt 12

Lisb

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gal

Temperatura exterior (exemplo Neves Corvo)

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

0 2 4 6 8 10 12 14

Meses do ano

Tem

pera

tura

sec

a (º

C)

Temperatura mínima Temperatura máxima Temperatura média

Lisb

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gal

Temperatura de autocompressão

dh

dp h L

Poço ou chaminé

t1

t2

senLtha ..0098.0

Em poço vertical: por cada 100 m de profundidade a temperatura do ar aumenta em 0.98 ºC (1 ºC)

Lisb

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gal

Temperatura de maciço rochoso

)...2000..(

)..(.. 112 QCLPg

senLhhLPttt

eag

tcnr

d

NuK d.

)1(Pr)8

(7.1207.1

Pr.Re8

67.05.0

f

f

Nud

d

: Coeficiente de transferência de calor

h1: Profundidade de inicio da abertura

htcn: profundidade á zona neutral térmica

gg: grau geotérmicoK : condutividade térmica

Red: Número de ReynoldsPr: Número de Prandtlf: Coeficiente de fricção da abertura

Nud :Relação de Dittus e Boelter

a : massa volúmica do ar

Ce: calor específico do arQ: Caudal de ar

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gal

Temperatura de equipamentos diesel

QC

pqfft

ea

ddtmed ..

...

1

2

L LHD diesel

Q

t1

t2

Gases, poeiras e calor

fm.ft : factor combinado de conversão à energia mecânica e de utilização do equipamento

qd: emissão de calor

pd: potência do equipamento diesela : massa volúmica do ar Ce: calor específico do arQ: Caudal de ar

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gal

Temperatura na detonação de carga explosiva

QC

ect

ea

ueex ...86400

.

Ce: calor libertado pelo explosivo

eu: quantidade de explosivo usadoa : massa volúmica do ar Ce: calor específico do arQ: Caudal de ar

Lisb

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gal

Temperatura de metabolismo humano

QC

nqt

ea

hh ..

.

qh: calor libertado por uma pessoa

N: número total de pessoasa : massa volúmica do ar Ce: calor específico do arQ: Caudal de ar

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gal

Temperatura de água termal

tt = medido in situ

Pode atingir temperaturas de 30 a 40ºC no ar da atmosfera subterrânea

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CASOS ESTUDO – Mina de Neves Corvo

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gal

Jazida: hidrotermal vulcano sedimentar

Roca: xistos negros argilosos

Produção: 6500 t/dia

Mina de: cobre e zinco

Lavra: Bech and fill, drift and fill

Localização da mina de Neves Corvo

Mina de Neves Corvo

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gal

Baixo AlentejoFaixa piritosa Ibérica

Junto a Vilas de Castro verde e Almodôvar

Ambiente subterrâneo da mina de Neves Corvo

COLECTOR 720

COLECTOR 850

Rolagem Neves

de CPV1-3

Rolagem Nível 700

CORPO CORVO

CORPO GRAÇA

CORPO NEVES

Rolagem Nível 550

Britagem Nível 550

Britagem Nível 700

Poço de SANTA

BÁRBARA

RAMPA GRAÇA

RAMPA NEVES

RAMPA CASTRO

CPV4 CPV8 CPV2 CPV5 CPV3 CPV1 CPV6

Chaminé de minério CPM

Chaminé de ventilação CPV

Galerias de diversos usos

Rampas de diversos usos

Inclinados de diversos usos

LEGENDA

COLECTOR GRAÇA

COLECTOR NEVES

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gal

Variação da temperatura exterior

15

17

19

21

23

25

Tempo (cada 1 minuto)

Tem

per

tau

ra s

eca

(ºC

) Temperatura média: 20.71 ºC

Variação da temperatura na entrada do ar pela chaminé CPV1

Lisb

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gal

Variação da pressão exterior

984

985

986

987

9889:

14

9:20

9:26

9:32

9:38

9:44

9:50

9:56

10:0

2

10:0

8

10:1

4

10:2

0

10:2

6

10:3

2

10:3

8

10:4

4

10:5

0

10:5

6

11:0

2

11:0

8

11:1

4

11:2

0

11:2

6

11:3

2

11:3

8

11:4

4

11:5

0

11:5

6

12:0

2

12:0

8

Tempo (cada 1 minuto)

Pres

ão (m

bar)

Pressão média: 985.72 mbar

Variação da pressão barométrica na entrada do ar pela chaminé CPV1

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Circuitos de ar em Julho 2000

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Total 74

Variação da temperatura no ambiente subterrâneo

17.0

19.0

21.0

23.0

25.0

27.0

29.0

31.0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Percurso do ar (m)

Tem

pera

tura

(ºC

)

Temperatura seca Temperatura húmida

Exemplo da variação da temperatura na rede típica n.º 1 (entre CPV1-CPV2), na área de Corvo

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Variação da humidade relativa no ambiente subterrâneo

55%

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Enumeração de trechos da rede típica na área de Corvo

Hum

idad

e re

lati

va (%

)

Exemplo da variação da humidade relativa na rede típica n.º 1 (entre CPV1-CPV2), na área do Corvo

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Mina de San Rafael

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Jazida: hidrotermal vulcânico, corpos

Roca: filitos, quartzitos, stocks de granito

Produção: 2500 t/dia

Mina: estanho

Lavra: Sub Level Stoping

Localização da mina de San Rafael

Mina San Rafael

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América do Sul, PerúAltitude: 4500 – 5000 m

Andes Oriental Sul

Ambiente subterrâneo da mina de San Rafael

. Chaminé Volcan EV3

. Desmontes EV4

. San Rafael 4666

. San Rafael 4600

. Chaminé Patrón EV1

Galeria Patrón EV2

Chaminé EU1 - 4920 . Galeria EU2

. Galeria EU3 - 4890

Chaminé ALIMAK (Umbral - 4750)

. Zapata 4600 . Zapata 4533

Rampa 4523

Nível 4730

Nível 4200

Nível 4493

Nível 3850 (agua termal)

Desmontes (Nível 4310 – 4370)

Ventiladores

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gal

Variação da temperatura seca do ar limpo em função da profundidade

H = 1.1237T2 - 72.019T + 5002.3

R2 = 0.8956

3800

3900

4000

4100

4200

4300

4400

4500

4600

0 5 10 15 20 25 30 35

Temperatura do ambiente subterrâneo- ar limpo T(ºC)

Cot

a H

(m)

Valores medidos

Poly. (Valores medidos)

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Variação da temperatura seca do ar poluído em função da profundidade

H = 0.1012T2 - 82.347T + 6165.2

R2 = 0.9975

3800

4000

4200

4400

4600

4800

5000

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Temperatura do ambiente subetrrâneo- ar poluído T (ºC)

Cot

a H

(m

)

Valores medidos

Poly. (Valores medidos)

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Temperatura de agua termal no nível 3850

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Tendências normal e com influencia de argua termal

H = 6E-05T2 - 0.5138T + 1153.4

R2 = 0.8597

0

5

10

15

20

25

30

35

40

3800 3900 4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600

Cotas no ambiente subterrâneo H(m)

Tem

pera

tura

T(º

C) Tendência com influência de água termal

Tendência normal

Poly. (Tendência com influência de água termal)

Poly. (Tendência normal)

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Variação do grau térmico comparado com minas do mundo

Profundidade (Km)

0

Tem

pera

tura

da

roch

a vi

rgem

(ºC

)

20

40

60

80

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A temperatura exterior de três Minas

0 2 4 6 8

10 12 14 16 18 20 22 24 26

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Meses do ano com inicio em Janeiro (1) e final em Dezembro (12)

Tem

pera

tura

(ºC

)

Neves Corvo San Rafael Panasqueira

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Temperatura exterior e temperatura nos desmontes na mina de Neves Corvo

0 2 4 6 8

10 12 14 16 18 20 22 24 26

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Meses do ano

Temp

eratur

a (ºC)

Temperatura exterior Temperatura no Nível 3 Temperatura no Nível 2 Temperatura no Nível 1 Poly. (Temperatura no Nível 3)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Meses do ano

Temper

atura

(ºC)

Temperatura exterior

Temperatura nos desmontes

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Temperatura exterior e temperatura no subsolo na mina de Panasqueira

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gal

0 2 4 6 8

10 12 14 16 18 20 22 24 26

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Meses do ano

Tem

pera

tura

(ºC

)

Temperatura exterior Temperatura no Nível 3 Temperatura no Nível 2 Temperatura no Nível 1 Poly. (Temperatura no Nível 3)

Variação da temperatura exterior Vs subterrâneo

y = 0.2005x - 1.1305 R 2 = 0.6022

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Temperatura Exterior (ºC)

Var

iaçã

o da

tem

pera

tura

no

ambi

ente

subt

errâ

neo

(ºC

)

1305.12005.0 TEVTS

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Norma Portuguesa e Peruana

23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

Portugal Peru

Tem

pera

tura

(ºC

) Temperatura seca Temperatura húmida Temperatura efectiva

Temperatura (ºC)  Período de permanência no trabalho

Seca Húmida

31 26 Permitido

31 - 35 26 - 30 Seis (6) horas

>35 >30 Não permitido

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Norma de conforto ambiental térmicoASHRAE e ISO 7730

Segundo ASHRAE •Conforto térmico: 20 ºC e 29 ºC, para V= 0.15 m/s a 0.25 m/s

•Condição óptima: 22 ºC a 27 ºC

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Fontes de calor e matriz de impacte ambiental térmico

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(DL 162/90)(DL 162/90)

Leve Moderado Alto

Matriz de impacte ambiental térmico

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Aplicação para um desmonte na mina de Neves Corvo

Ch. minério

grea

Enchimento

Minério

Ar fresco

Ar poluído

Ar fresco da rampa principal à chaminé

Ventilador auxiliar e manga

Área de exploração

Ch. ventilação

Ch. minério

grea

EnchimentoEnchimento

MinérioMinério

Ar frescoAr fresco

Ar poluídoAr poluído

Ar fresco da rampa principal à chaminé

Ventilador auxiliar e manga

Área de exploração

Ch. ventilação

L= 204 m, P = 20.96 m, S = 27.56 m2, h1 = 659.30 m, htcn= 30 m, = 0º, gg = 30.30 m/ºC, = 0.1837 W/m2.ºC, a = 1.1774, Ce = 1.005, fm. ft = 0.032, qd = 2.9 kW/kW, Pd = 204 kW, Ce = 342 kJ/Kg e eu = 342 kg ANFO/ dia-frente

Temperatura média máxima medida : 27ºC

QQTTT entradasaídatotal

025.29

97.21

461.20

SLS & RP

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Medida de mitigação do impacte ambiental térmico num desmonte da mina de Neves Corvo

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Caudal de ar necessário(m^3/s)

Tem

pera

tura

de

saíd

a (º

C)

Temperatura entrada 25ºCTemperatura entrada 26ºCTemperatura entrada 27ºCTemperatura entrada 28ºCTemperatura entrada 29ºCTemperatura entrada 30ºC

DL 162/90 Portugal

ISO, ASHRAE

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Desmontes pelo método de SLS

LHD e camião diesel

Down The Hole

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Desmonte e rampa 523-NW da mina de San Rafael

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Medida de mitigação do impacte ambiental térmico num Nível da mina de San Rafael

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Caudal de ar limpo (m^3/s)

Tem

pera

tura

no

ambi

ente

sub

etrr

âneo

do

Nív

el 3

850

(ºC

) DECRETO SUPREMO Nº 046-2001-EM, Perú

ISO, ASHRAE

ttc QQT

80.27

00384.0053.0

131.25

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CONCLUSÕES O modelo matemático desenvolvido e validado para

calcular o acréscimo da temperatura devido ao grau geotérmico do maciço rochoso constitui um contributo muito importante na avaliação do conforto térmico em aberturas subterrâneas profundas.

A influência da temperatura exterior na variação da temperatura do ambiente subterrâneo pode atingir de até 5ºC a uma profundidade de 700 a 750 m, sendo insignificante ou nula quando a temperatura exterior é de cerca de 7ºC.

As normas legais que definem o valor máximo admissível não tem em conta o critério do conforto térmico e variam conforme cada pais.

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Muito Obrigado

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