¿Por qué una mina subterránea no ventila todos sus túneles al máximo?

Una mina subterránea no necesita el mismo caudal de aire en cada galería y durante todos los turnos. La ventilación bajo demanda (VoD, por sus siglas en inglés) adapta el flujo a la presencia de trabajadores y equipos, y a las condiciones ambientales medidas. El objetivo es reducir el trabajo innecesario de los ventiladores sin bajar del aire requerido para controlar gases, polvo, calor y emisiones de motores diésel.

La ventilación no consiste solo en poner en marcha un ventilador principal: el aire debe recorrer una red de galerías, llegar a los frentes activos y retirar contaminantes. Sistemas VoD combinan sensores de caudal y gases con datos sobre ubicación de personas y maquinaria. Con esa información, los controles ajustan ventiladores —por ejemplo, mediante variadores de frecuencia— y reguladores que distribuyen el aire entre sectores. La cantidad mínima no es universal: depende de la operación, de los riesgos y de las exigencias aplicables en cada jurisdicción.

Sensores y controles redistribuyen aire hacia las zonas activas

Un artículo de revisión de Mahesh Shriwas y Christopher Pritchard, publicado en 2020 en Mining, Metallurgy & Exploration, examinó tecnologías de monitoreo y control y documentó aplicaciones en minas de Canadá, Australia y Estados Unidos. Entre las variables consideradas están la velocidad y dirección del aire, la temperatura y la humedad, además de gases como monóxido y dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno y oxígeno. El sistema también puede usar el seguimiento de trabajadores y equipos para estimar dónde se requiere ventilación.

La revisión recoge resultados operacionales distintos, que no deben leerse como una tasa de ahorro aplicable a cualquier mina. En Nickel Rim, Canadá, una prueba implementada en 2011 combinó sensores ultrasónicos de flujo, detectores de gases, seguimiento por radiofrecuencia, ventiladores de velocidad variable y reguladores; el estudio reportó un ahorro anual de 10.140 MWh. En Gwalia, Australia, el control automático ajustaba ventiladores y reguladores a las necesidades de producción por turno. Allí se informaron reducciones anuales de costos de ventilación de US$7,2 millones en ventiladores principales y US$230.000 en los secundarios. El mismo caso registró una demora de hasta 10 minutos para que el flujo se estabilizara tras algunos cambios.

Estos ejemplos muestran por qué importa el diseño de la red y no solo la potencia del ventilador. Si un sector queda sin actividad, los controles pueden reducir o redirigir parte del caudal; cuando se reanuda el trabajo, el sistema debe responder a tiempo y garantizar las condiciones requeridas en el frente. Un estudio de optimización publicado en Applied Energy en 2015 por Arnab Chatterjee, Lijun Zhang y Xiaohua Xia modeló una red de ventilación subterránea usando las leyes de Kirchhoff y Tellegen, junto con las leyes de los ventiladores. Su caso estimó que combinar VoD con cambios en el horario de producción permitiría ahorrar 2.540.035 kWh al año. Es un resultado de modelación para ese caso, no una medición que pueda trasladarse directamente a otras faenas.

El ahorro tiene límites: caudal mínimo, fallas y demora del aire

El control automático no define por sí solo cuánto aire es seguro. Los mínimos se establecen considerando los contaminantes que deben diluirse, la actividad, el equipo en uso y las reglas y planes de ventilación de cada mina. En Estados Unidos, por ejemplo, NIOSH indica que las operaciones de carbón deben especificar en su plan el caudal mínimo necesario para mantener el metano bajo 1% en los frentes de trabajo; ese umbral corresponde a ese marco y no constituye una regla universal para toda minería.

También hay límites instrumentales. Shriwas y Pritchard advierten que un sensor averiado o descalibrado puede entregar datos incorrectos, y que una medición puntual de velocidad puede no representar bien el flujo de toda una galería. Además, los autores identifican dificultades para estimar las condiciones atmosféricas en zonas entre sensores y para incorporar monitoreo continuo asequible de polvo de sílice y material particulado diésel. El estudio destaca la necesidad de supervisión humana y de considerar el tiempo que tarda la ventilación en responder a cambios.

Un trabajo posterior, publicado en 2024 en Engineering Applications of Artificial Intelligence por Ahmad Ihsan, Nuhindro Priagung Widodo, Jianwei Cheng y En-yuan Wang, probó dos modelos neurodifusos adaptativos (ANFIS): uno estimaba la potencia óptima del ventilador y el otro, el tiempo de dilución del metano. Usó sensores en un túnel de laboratorio a escala que representaba condiciones de un frente de desarrollo en una mina de carbón. Los modelos alcanzaron valores de R² de 0,84 y 0,96, respectivamente, y el ensayo reportó hasta 43% menos consumo de potencia. Esa cifra corresponde a las condiciones experimentales de laboratorio, no a un ahorro demostrado en una mina completa.

Por eso, ventilación bajo demanda no significa dejar sin aire los túneles inactivos ni apagar el sistema de seguridad. Significa ajustar la distribución con información confiable, manteniendo los mínimos definidos para la operación y verificando que los controles respondan. La evidencia publicada incluye pruebas de campo y modelos; sus ahorros no son directamente comparables porque cambian las condiciones de partida, los límites del sistema y el método de evaluación.