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TECNO TEMAS MINEARC: CONTROL DE LA TEMPERATURA

 

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¿Cuáles son los mecanismos de control de la temperatura en una cámara de refugio y por qué son necesarios? Tecno Temas MineARC explica hoy la importancia del control de la temperatura dentro de las cámaras de refugio.

 

Una cámara de refugio es un ambiente sellado expuesto a numerosas fuentes de calor. Una acumulación continua de calor y humedad se produce como resultado de la actividad metabólica propia de los ocupantes, del proceso de depuración, del funcionamiento de los equipos eléctricos y del calor ambiente externo que afecta la temperatura interna de la cámara de refugio. Salvo que las temperaturas externas sean muy bajas, es necesario contar con algún tipo de refrigeración y deshumidificación artificial para impedir que el interior de la cámara de refugio se vuelva demasiado caliente y húmedo para permitir el soporte de la vida. Para mitigar la carga calórica de los ocupantes dentro de la cámara, se recomienda un sistema de refrigeración con capacidad mínima de 130 vatios por persona.

MineARC Systems utiliza una combinación de técnicas de modelado termodinámico, ensayos vivos con personas y simulados y especificaciones de los fabricantes para determinar correctamente los requisitos de enfriamiento, tomando en consideración los mecanismos de transferencia de calor y carga térmica interna.

 

EFECTOS DEL CALOR EN EL CUERPO HUMANO

Si los mecanismos de enfriamiento del cuerpo no pueden disipar adecuadamente el calor, pueden ocurrir distintos trastornos asociados al calor, como ser:

  • Fatiga de calor transitoria – pérdida del sentido de alerta; sensación de malestar general y fatiga. Normalmente, no hay riesgo de vida.
  • Síncope de calor, o desmayo por calor – pérdida temporal de la consciencia, porque no llega suficiente sangre al cerebro debido a la dilatación de las venas periféricas; por lo general, ocurre después de períodos prolongados de calor extremo; habitualmente, la recuperación es rápida y completa.
  • Calambres por calor – contracciones musculares dolorosas en los brazos, piernas y abdomen, producto de la excesiva pérdida de líquidos; el descanso y la administración de líquidos, normalmente son tratamientos efectivos.
  • Agotamiento por calor – término general para una serie de síntomas relacionados con la exposición prolongada a altas temperaturas, como cansancio, sed, mareos, inmovilidad, hormigueo en los dedos de manos y pies, dificultad para respirar, palpitaciones, baja presión sanguínea, visión borrosa, dolor de cabeza, náuseas y desmayos; el descanso en un área más fría y la administración de líquidos comúnmente son tratamientos efectivos; si la víctima se encuentra inconsciente, debe suponerse que padece fatiga térmica y requiere atención médica inmediata.
  • Golpe de Calor – la forma más grave de enfermedades relacionadas con el calor, pone en riesgo la vida de manera inmediata; la transpiración cesa, y la piel está caliente con una coloración roja con manchas o azulada; la temperatura corporal aumenta en forma rápida, sin que pueda ser controlada; la víctima puede sufrir delirios, desorientación, agresividad o inconsciencia, escalofríos y contracciones musculares incontrolables, junto con la pérdida de funciones corporales; se requiere atención médica inmediata.

La sensibilidad de cada individuo ante estas condiciones varía enormemente y depende de la edad, el estado físico, la hidratación y la aclimatación a condiciones de calor.

 

SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO

El aire acondicionado es esencial para combatir los efectos potencialmente letales del estrés térmico, dentro de una cámara de refugio con ocupantes. Todas las cámaras de refugio MineSAFE incluyen sistemas de aire acondicionado Mitsubishi tipo split con ciclo inverso de alta calidad, tanto para enfriar como para eliminar la humedad en el interior.

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Todos los sistemas de aire acondicionado están dimensionados de acuerdo al calor interno sensible y latente, respetando las capacidades de enfriamiento, conforme a los estándares de la ASHRAE. Los sistemas de aire acondicionado Mitsubishi tienen potencias de 2,5kW a 8kW, según la capacidad de enfriamiento requerida. Para refugios permanentes con gran cantidad de ocupantes se emplean varias unidades simultáneamente (cálculos realizados por ingenieros de MineARC calificados).

 

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Unidad evaporadora principal interna

Dentro de la cámara de refugio, montada en el sistema depurador Serie IV o en una ubicación remota.

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Ventilador condensador externo

Instalado fuera de la cámara de refugio en la parte superior de la batería de respaldo SAI o en una ubicación remota.

EL CICLO DE REFRIGERACIÓN

Durante un ciclo de refrigeración, el calor se transporta desde el lugar más frío hacia el área más caliente. Se utiliza un refrigerante como el medio que absorbe y elimina el calor desde el espacio que se pretende enfriar, para luego desecharlo hacia otro lugar.

 

El líquido refrigerante a temperatura ambiente ingresa en la evaporadora. Parte del refrigerante se evapora a baja presión dentro de la evaporadora y enfría el resto a la temperatura de refrigeración deseada. A medida que el resto del refrigerante se evapora, va eliminando el calor de la evaporadora y, consecuentemente, del ambiente interno. La cantidad total de calor absorbido es el total de calor latente de la vaporización. La cantidad de calor absorbido del ambiente es el calor latente efectivo.

 

El vapor refrigerante formado durante la evaporación pasa por la línea de succión. Mientras esto sucede, la presión del vapor disminuye ligeramente, y su temperatura aumenta. El vapor súper calentado luego se comprime a alta temperatura y a alta presión. El vapor súper calentado pasa a través del condensador y se transfiere a la atmósfera. A medida que el vapor pierde calor latente se condensa convirtiéndose en líquido. Una vez transformado en líquido, el refrigerante pasa al control de flujo del refrigerante donde la presión se reduce aún más. El refrigerante se enfría al evaporarse y el ciclo se vuelve a repetir.

A la derecha se representa el ciclo en la gráfica de presión-entalpía.

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ÍNDICES DE CALOR

Existen distintos índices de calor para medir el confort de los ocupantes. MineARC aplica los índices de la regulación federal 30 CFR Alternativas de refugios para minas subterráneas de carbón, que especifica que la temperatura dentro de una cámara de refugio no debe exceder una temperatura aparente de 35°C (95°F) o una temperatura equivalente de bulbo húmedo de 28,9°C (84°F). Los índices de calor y los niveles máximos recomendados se basan en las investigaciones realizadas por el NIOSH (Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional de Estados Unidos) y en los estudios clínicos disponibles.

 

Temperatura aparente

La temperatura aparente es una medida del malestar relativo provocado por los efectos combinados del calor y la humedad. La probabilidad de que se produzcan efectos adversos por el calor varía con cada persona, sin embargo, en general, la presencia de cierto malestar está asociada a temperaturas aparentes superiores a 26.7°C (80°F). Cuando la temperatura corporal supera 40°C (104°F) se considera que la vida está amenazada.

 

Temperatura de bulbo húmedo

La temperatura de bulbo húmedo es la temperatura que tendría una porción de aire si hubiera sido enfriada hasta el punto de saturación (100% de humedad relativa) mediante contacto con evaporación de agua, donde la porción de aire provee el calor latente.

 

REQUISITOS DE ENFRIAMIENTO: INFLUENCIAS

 

Mecanismos de transferencia del calor

Con el fin de determinar cuándo es necesario contar con refrigeración artificial, MineARC utiliza modelos patentados para determinar los cambios en la temperatura y humedad internas y el calor metabólico generado dentro de una cámara de refugio.

 

ATodos los modelos adoptan el supuesto de que el calor metabólico genera en total 400btu (117 watts) por hora por persona. Este total se puede desglosar en las siguientes relaciones: Sensible (80W) y latente (37W).

 

Para las cámaras de refugio portátiles, se evalúan la conducción y la convección térmicas y los cambios de estado del calor latente. Se realiza un análisis de la transferencia de calor por convección natural desde el aire interno de la cámara de refugio hacia la superficie interior de la estructura de acero, a través de las planchas de acero y desde la superficie de acero externa hacia el aire exterior. Se adopta una humedad relativa del 100%, debido a que en los ensayos de campo reales se ha comprobado que la cámara de refugio alcanzará rápidamente la saturación. En los cálculos de transferencia de calor se toma en cuenta el calor latente generado por la influencia de la condensación en las paredes internas de la cámara.

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Para el caso de las cámaras de refugio permanentes, se analiza el calor transferido a través de la estructura de la pared (de acero o concreto), por la que se ingresa a la cámara de refugio, hacia la atmósfera externa y desde el aire en el interior de la cámara de refugio hacia las paredes de los estratos circundantes. Se adopta una humedad relativa inicial y se calcula su aumento considerando que cada ocupante produce 1,5 L de humedad por día (según la CFR 30 Ensayo Simulado para Alternativas de Refugios de la Administración para la Salud y Seguridad en Minas -MSHA-).

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Carga calórica interna

El departamento de Producción Pre-construcción de MineARC calcula automáticamente el tamaño del aire acondicionado requerido, aplicando los datos de enfriamiento y carga térmica interna calculados que provee Mitsubishi. La carga calórica interna toma en cuenta el calor metabólico, el calor eléctrico y el calor de la reacción química de la cal sodada dentro de la depuradora de CO2.

 

La carga total de calor sensible es de 1816W y el calor latente total es de 740W para una cámara MineSAFE Diseño Estándar para 20 personas. Para asegurar que se satisfacen adecuadamente los requerimientos de enfriamiento sensible y latente, la carga calórica se compara con la capacidad de refrigeración latente y sensible de los aires acondicionados.

 

En aquellos casos en que las temperaturas externas probablemente sean superiores a la interna, se exige que la estructura del refugio tenga una aislación.

Para obtener más información sobre sistemas de refrigeración y los requisitos de enfriamiento de las cámaras de refugio MineARC contáctenos en info@minearc.com.au para conversar con un representante MineARC.