Uno de los eventos subterráneos más peligrosos y que implica un alto riesgo de pérdida de vidas humanas son los incendios. Estos sucesos producen grandes cantidades de gas caliente y de muy baja densidad, provocando efectos en el sistema de ventilación, tales como [1]:
- Estrangulamiento o asfixia, causado por el aumento de volumen del aire que atraviesa la zona del incendio.
- Chimenea o tiro natural, ocasionado por el aumento de la flotabilidad del «aire» a sotavento del incendio, lo que da lugar a presiones naturales de ventilación (PNV) muy grandes (y potencialmente inestables) en varias partes del circuito de ventilación.
- Inversiones de flujo.
- Retroceso o inversión localizada de la dirección del flujo de aire por encima del incendio («mushrooming»).
En este escenario, se pueden generar productos de combustión tóxicos, altas temperaturas, explosiones, etc., que ponen en riesgo a los trabajadores y la infraestructura minera.
Poder anticipar estos efectos potencialmente catastróficos es esencial para diseñar protocolos de emergencia y sistemas de protección óptimos. Una de las soluciones innovadoras para lograr este objetivo es VentFIRE™:
¿Qué es VentFIRE™?
VentFIRE™ es un módulo complementario de Ventsim que utiliza técnicas de simulación dinámicas para modelar de manera simultánea calor, gas, humo y cambios de caudal en un ambiente de ventilación minera durante un período [2] , incluyendo cambios inesperados.
Está diseñado para trabajar con incendios y fuentes de frío o calor asociadas a maquinarias diésel y plantas de refrigeración, y permite definir el rendimiento de un circuito de ventilación a lo largo de las distintas condiciones y aportes.
Veamos a detalle sus características más resaltantes:
VentFIRE™: Características y capacidades técnicas
VentFIRE™ se integra perfectamente con la interfaz gráfica de Ventsim, con una metodología basada en un método de transporte de sub-celdas discretas y nodos que simulan el movimiento de masas de calor y gas alrededor de la mina.
El software descompone el modelo en «celdas» independientes que se mueven libremente, mezclándose en las uniones. Cada celda contiene información clave sobre gases, calor, humedad y densidad (en esa ubicación específica dentro de la vía aérea). [1]
Básicamente, el algoritmo principal se fundamenta en:
- Simulación basada en caudales compresibles y en densidades producto de la ventilación natural (método Hardy Cross).
- Consumo de oxígeno y adición de calor a medida que cada celda pasa sobre un incendio (con limitación de la producción de calor y gases si el oxígeno es insuficiente).
- Transferencia de calor entre los gases calientes y la superficie rocosa de las vías aéreas (algoritmo de Gibson).
Aplicación práctica
Si, por ejemplo, se quisiera modelar los resultados de un incendio de LHD en la rampa principal, se puede configurar fácilmente una simulación de VentFIRE™ para:
- Calcular los gases, la temperatura y el cambio en los caudales (y si es que estos se invierten) producidos por el incendio.
- Mostrar los niveles de gas en la atmósfera en varios puntos de la mina, incluyendo áreas como comedores o refugios.
- Ver qué sucede si es que las puertas cortafuegos se cierran 15 minutos después de que el incendio comienza y se apagan algunos ventiladores, y si esto limitará la diseminación de humo y la concentración de gas a través de la mina.
En tal sentido, la herramienta permite evaluar rutas de escape, ubicación óptima de refugios y estrategias de respuesta a emergencias [2].
Ahora bien, ¿cómo funciona VentFIRE™?:
Funcionamiento de VentFIRE™
En VentFIRE™, cada etapa del incendio se configura como un «evento» y se añade a una vía de aire. Puede haber múltiples eventos en una vía de aire, y cualquier número de vías de aire puede tener eventos en ellas.
Además, se pueden agregar monitores en ubicaciones específicas para registrar un rango de datos predeterminado (concentraciones de gas, flujo de aire, HRR, temperatura, humedad, visibilidad, etc.) durante la simulación.
Respecto a las variables, se pueden ajustar una gran gama de parámetros: resistencia, contaminantes, gases, combustibles, fuentes de calor, entre otros.
Una vez configurado los ajustes de simulación adecuados, se establece la cantidad de sub-elementos o incremento de acuerdo a la precisión del resultado requerido.
El software entrega una simulación en el tiempo, con actualizaciones de pantalla que muestran el resultado en un lapso determinado. Esta se puede pausar en cualquier momento, lo que permite al usuario examinar áreas de interés y revisar los resultados almacenados.
También, VentFIRE™ posee una opción de simulación múltiple, donde el usuario puede seleccionar diferentes tipos de simulaciones simultáneas.
La capacidad del software para modelar con precisión el impacto de un incendio en el sistema de ventilación depende críticamente de la calidad y el detalle de la información sobre la carga de fuego:
Carga de fuego: Entrada clave para VentFIRE™
El reconocimiento preciso de la carga de fuego es la piedra angular para una simulación óptima del sistema de ventilación en VentFIRE™.
Esto implica la estimación de la carga combustible, es decir, la cantidad máxima de energía que un incendio podría producir, dado todos los contenidos combustibles existentes en faena, y su densidad (media y puntual máxima).
Con esta data se tiene una idea nominal de qué tan «grande/extenso» sería el incendio.
Además, se establece la cantidad de extintores requeridos (en base al tipo de fuego y área por sector), a fin de corroborar que cumplen con las normativas y estándares vigentes respecto al potencial de extinción mínimo por superficie de cubrimiento.
Como puede verse, VentFIRE™ brinda grandes ventajas a la hora de modelar el impacto de un incendio en la mina sobre el sistema de ventilación subterránea:
Ventajas de VentFIRE™
1. Simulación dinámica
VentFIRE™ modela la naturaleza termodinámica del incendio, considerando los cambios constantes en las concentraciones atmosféricas de gases y calor, incluida la recirculación.
Así, se logra una aproximación cercana a condiciones no estacionarias utilizando incrementos de tiempo pequeños entre simulaciones.
2. Diseño flexible
El software permite añadir eventos de incendio a cualquier número de vías de aire, con múltiples eventos dentro de una sola vía para modelar la progresión del incendio en diferentes etapas (crecimiento, intensidad máxima, decaimiento).
Esto facilita la ejecución de ajustes en tiempo real en el diseño del sistema de ventilación, y tomar medidas correctivas inmediatas.
3. Química de combustibles
VentFIRE™ permite la entrada de hasta 250 tipos distintos de combustibles en una base de datos preestablecida, cada uno con propiedades definidas (producción de calor, tasa de consumo de oxígeno, etc.).
4. Cálculo de rutas de escape
La herramienta calcula las rutas de escape más cercanas y seguras, lo que es vital para la evacuación del personal.
5. Prueba de estrategias de mitigación y control
VentFIRE™ permite probar diferentes estrategias para mitigar el impacto de un incendio en el sistema de ventilación (cierre de puertas, detención o reversión de ventiladores, introducción de gases inertes, etc.).
Esto facilita la evaluación de la efectividad de las medidas de control de incendios y su impacto en la propagación de contaminantes.
Las versiones recientes incluyen un motor de simulación más rápido y estable, con nuevas características como curvas de crecimiento de incendios, liberación retardada de contaminantes e inclusión de polvo en los scripts del software.
Te recomendamos el artículo: Beneficios de contar con una correcta ingeniería de ventilación.
A medida que la industria minera avanza, la integración de herramientas como VentFIRE™, de nuestra marca representada Howden, serán cada vez más esenciales para garantizar operaciones seguras, sostenibles y económicamente viables.
Para HCA Minería, esta herramienta no solo protege vidas y activos, sino que también fortalece la resiliencia operativa y refuerza el compromiso con la seguridad y la sostenibilidad en la faena minera.
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Referencias
[1] Brake, D. J. (2013). Fire modelling in underground mines using Ventsim Visual VentFIRE Software. In Proceedings of the Australian mine ventilation conference, Adelaide, SA, Australia (pp. 1-3). https://acortar.link/oIrlWl
[2] Howden. (s/f). VentSim DESIGN™ Versiones Avanzada y Premium. Guía del Usuario. (pp. 237-253). https://acortar.link/rwyRwR
