MODELAGEM COMPUTACIONAL DOS AMBIENTES

O calor fornecido pelo extrato rochoso e pelos diversos equipamentos utilizados nas operações mineiras subterrâneas produzem um aumento de temperatura, umidade e conteúdo de calor do ar. As metodologias computacionais tradicionais proporcionam análises para fluídos incompressíveis. Brake (2009) pontua que os resultados das simulações, para ser satisfatórios sob o ponto de vista prático, não devem conter erros acima de 5%. No entanto, a maioria dos pacotes de simulação de redes não prevê alterações na densidade do ar e, segundo o autor, a extensão vertical dessas redes não poderia abranger minas acima de 500 m de profundidade. Com efeito, a partir dessa profundidade, isso torna esses aplicativos baseados em fluídos incompressíveis inadequados para simular minas profundas, sob pena de introduzir erros substanciais na estimativa do volume de ar necessário e nas condições de operações, pois essas alterações causadas pelo calor exigem a aplicação da termodinâmica do ar úmido na solução das malhas de ventilação.

Nesta dissertação aplicam-se princípios da termodinâmica do ar úmido, mecânica dos fluidos e transmissão de calor para realizar as modelagens termodinâmicas completas de forma a predizer as condições ambientais e determinar a quantidade de refrigeração necessária para se operar uma mina subterrânea profunda em condições propícias ao trabalho humano. Hoje, para garantir a manutenção da qualidade do ar e a segurança operacional em minas subterrâneas, torna-se imprescindível utilizar análise e ferramentas de modelagem computacional de circuitos de ventilação, através dos quais é possível predizer, por exemplo, a umidade relativa em ambientes subterrâneos, velocidade e concentração de fumaça, a

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concentração provável de partículas diesel e a localização de pontos de recirculação do ar que reduzem a qualidade da atmosfera e contribuem para a concentração de gases tóxicos. Segundo Brake (2009), a avaliação de riscos é parte absolutamente crítica do papel de qualquer equipe de planejamento de ventilação de mina.

A capacidade de importar e exportar dados dos aplicativos computacionais de ventilação mais comuns no planejamento de minas, a possibilidade de simulação da termodinâmica completa do ar úmido, simulação financeira das alternativas para analisar custos de ventilação baseados nos custos de mina, na energia consumida e no tempo de vida necessário do conduto propiciaram aos projetistas de ventilação uma ferramenta moderna e ágil capaz de não só dimensionar a ventilação das minas mas também de acompanhar a implementação desses projetos no curto e médio prazos e, assim, garantir a segurança e o cumprimento das normas de higiene.

Embora o propósito da avaliação de riscos seja em grande parte identificar, quantificar (priorizar) e depois gerenciar os riscos em uma organização, as minas passam por diversas fases, seja de produção e desenvolvimento e devem ser providas de todos os recursos para manter as condições ambientais nestas fases. Dentre todos os controles exigidos para este controle de risco destacamos os sistemas de ventilação, por excelência. Porém, o projeto de um sistema de ventilação principal para controle ambiental em minas subterrâneas é um processo muito complexo com muitas características interagindo simultaneamente para serem desenhados, dimensionados e controlados manualmente. Para assegurar as boas práticas no projeto de ventilação demanda a fase estudo, devem ser estabelecidos os requisitos do projeto os quais não devem ser tratados isoladamente para não causar perdas ou gastos elevados durante o ciclo de vida da mina (HARDCASTLE; MCKINNON, 2010). Essa fase requer a definição das vazões periódicas para atender as fases de desenvolvimento primário, desenvolvimento secundário e as diversas fases da lavra, considerando-se também taxas de produção anual respectivas, as quais terão que cumprir os requisitos corporativos.

Lambrecht (1982) recorda que a primeira etapa em um processo de otimização de mina é estabelecer as funções de custos. A segunda etapa é aplicar os métodos de avaliações financeiras às funções de custos e estabelecer o que ele chama de “tamanhos ótimos”. A terceira etapa é tomar as decisões técnico-econômicas para a implementação dos sistemas apropriados levando em consideração os dados obtidos. Em outras palavras, o uso sábio do

capital disponível é essencial ao sucesso do negócio. Os cálculos para determinar os custos ótimos de escavação de galerias de ventilação em relação à vida útil do empreendimento, dos custos de energia e das taxas de retorno de capital, por exemplo, devem ser estabelecidos com precisão para cada de escavação distinta, a fim de evitar comparação entre condicionantes distintas. As ferramentas computacionais existentes em vários aplicativos tornam-se indispensáveis quando as escavações representam uma parcela econômica importante e ditam as possibilidades de expansões futuras.

É fato que as operações de lavra e desenvolvimento em minas subterrâneas apresentam fatores de riscos operacionais adversos. Atualmente a indústria da mineração opera em um contexto de exigências legais cada vez mais restritivas e de medidas reguladoras dos encargos e responsabilidades técnicas, econômicas, ambientais e sociais. Em minas subterrâneas os riscos associados a ambientes nocivos não se devem exclusivamente à falta ou deficiência de ventilação, mas também aos incêndios, mormente nas minas modernas onde prevalece o uso intensivo de equipamentos diesel. Para analisar os vários cenários acidentais de contaminação do ar em tais ambientes e posicionar corretamente as câmaras de refúgio ou células de sobrevivência, é necessário utilizar aplicativos computacionais capazes de simular e inferir a dispersão dos gases e da fumaça produzidos por tais eventos.

Para satisfazer determinados regulamentos legais tais como o disposto no artigo 22.28 da Norma Regulamentadora 22 (2000) referente à proteção contra incêndios e explosões acidentais, é necessário que os responsáveis pela mina determinem o potencial de incêndios e explosões acidentais no subsolo, bem como os impactos nas pessoas ali presentes e no sistema de ventilação da mina. Na prática, reduzir a zero a exposição ao risco nem sempre é possível, por isso aplica-se a “hierarquia de controle”. Hierarquia de controle refere-se à gama de opções viáveis para a gestão do risco para a saúde e segurança das pessoas. Essa hierarquia normalmente varia ao longo dos seguintes controles: eliminação do risco ou do fator de risco, a substituição por um fator menos prejudicial; redefinição do projeto; controles de engenharia; segregação do fator de risco e pessoas no local de trabalho, capacitação das pessoas e o emprego de práticas de trabalho seguro; reformulação dos sistemas de trabalho e do uso de equipamentos de proteção individual, ou uma combinação destes.

Considerando-se que, em termos de engenharia ambiental subterrânea, incêndios e explosões são os maiores riscos, essa avaliação deve ser empreendida desde a fase de projeto. Ambos,

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incêndios e explosões acidentais, devem ser considerados, pois incêndios podem surgir como resultado de uma explosão, ou vice-versa (HSL, 2002). Hoje há uma compreensão científica melhor dos riscos de incêndio dentro da comunidade mineira. Os modos de minimizar o surgimento de incêndios e limitar suas consequências, caso ocorram, são atribuídos principalmente a um projeto cuidadoso no uso e na melhoria dos materiais resistentes a incêndios, nos melhores sistemas de detecção, sistemas de supressão e a uma mão de obra mais qualificada (CONTI, 2002).

Nas minas mais complexas, o conhecimento profundo do sistema de ventilação e da geometria da mina não é suficiente para se tomar decisões corretas, na hora certa. A pessoa a cargo dessas decisões deve decidir se houve alguma mudança significativa na ventilação e o que fazer em seguida. Um sistema de ventilação bem planejado estabelece o método de escape e evacuação para as pessoas presentes em subsolo. Nesse ponto é que os resultados das simulações previamente realizadas se tornam essenciais para a tomada de decisões corretas. Na previsão de desempenho de sistemas de ventilação através do uso de modelos, tem-se extensivamente utilizado a simulação computacional, como forma de descrever a direção e o sentido dos fluxos de ar (HARTMAN et al., 1991; HALL, 1981).

Nesta dissertação, o modelo de ventilação considera os fatores limitativos para o trabalho seguro. Fator limitativo é o termo adotado para designar, entre as condições do meio, aquela que é essencial às suas funções específicas. Em ventilação, os fatores limitativos são a temperatura, a umidade e agitação do ar, o teor de oxigênio e de gases tóxicos (BOTELHO, 1976).