1- Introducción
Esta breve reseña se orienta a contribuir a la comprensión de los mecanismos de propagación del polvo que se origina en las explotaciones mineras a cielo abierto y cuyo transporte ocurre en las noches claras (sin nubes) y calmas (sin brisas).
A los efectos de comprender las características de comportamiento registrado se requiere examinar las peculiares condiciones que presenta la atmósfera nocturna en las noches claras y calmas y cómo, en estas noches, es posible el desplazamiento de polvo fino a grandes distancias (decenas de kilómetros) de su origen.
2- La atmósfera nocturna en las noches claras y calmas
En lo que sigue de esta sección, se presentarán los conceptos de “estratificación de la atmósfera” y de “viento de pendiente”, fenómeno éste último de desplazamiento de grandes masas de aire en noches calmas y claras sobre terrenos con topografías complejas (terrenos con pendiente), para luego aplicar estos conceptos al desplazamiento del aire contaminado con polvo en el caso de las explotaciones mineras.
2.1- Estratificación de la atmósfera
Durante las noches claras (sin nubosidad ni niebla) el suelo pierde calor por radiación infrarroja hacia la bóveda celeste y por lo tanto se enfría. Si adicionalmente la noche es calma (sin brisas) entonces se enfriarán en mayor grado las capas bajas de la atmósfera (aquellas que están cercanas al suelo) que las más elevadas. Debido a ello es que, en estas condiciones, se desarrolla una fuerte inversión térmica (temperatura del aire creciendo con la altura) en las capas bajas de la atmósfera, manteniéndose el aire más frío (y por lo tanto más denso) en las capas más cercanas al suelo, según se muestra en la Figura2.1. Siendo decreciente la densidad con la altura, la organización de la atmósfera descrita es muy estable y, en una noche clara, solamente las brisas logran destruirla. Esta peculiar condición de la atmósfera que es habitual en las noches claras y calmas, se denomina “estratificación de la atmósfera”.
Figura 2.1 Esquema de la atmósfera estratificada (condición de estabilidad) al fin de una noche clara y calma.
Estos eventos de estratificación ocurren durante las noches y a lo largo de todo el año siempre y cuando las condiciones sean favorables para ello (cielo claro y ausencia de brisas). En caso de presentarse brisas y/o nubes, la estratificación se ve alterada de diversas formas: las brisas producen la mezcla de las capas más altas y calientes con las más bajas y frías (incrementando de esta forma la temperatura de las capas más bajas), por otro lado la presencia de nubes reduce la pérdida de energía del suelo ya que bloquea su emisión radiante y la estratificación desaparece si las nubes impiden todo intercambio radiante entre el suelo y la bóveda celeste.
Las condiciones necesarias para el desarrollo de un evento de estratificación son generadas por fenómenos meteorológicos de mediana y gran escala, por lo que estos eventos se extienden sobre la superficie terrestre en áreas de decenas de kilómetros cuadrados.
2.2- Vientos de pendiente
En las condiciones de estratificación de la atmósfera descriptas precedentemente y en caso de que existan pendientes en el terreno, el aire más frío y denso, que se encuentra en las capas más bajas, fluirá ladera abajo debido a la acción de la fuerza de gravedad y tenderá a desplazarse por las quebradas hacia las zonas bajas.
Al aire frío que fluye ladera abajo se lo denomina habitualmente en la bibliografía especializada como “viento de pendiente” o “viento katabático” para diferenciarlo del “viento sinóptico” causado por diferencias de presión a escalas de centenares de kilómetros. En la Figura 2.2 se muestra un esquema del viento de pendiente y la distribución de velocidades en su interior. Tanto el caudal como la altura de dicho “viento” aumentan en la dirección del flujo (pendiente abajo), mientras que la temperatura del aire, a una misma altura sobre el nivel del suelo, disminuye en la dirección del flujo. Las velocidades más altas en los vientos de pendiente se encuentran cerca del suelo, a diferencia de los vientos sinópticos en los cuales las velocidades crecen con la distancia desde el terreno.
Terreno con pendiente + estratificación de la atmósfera =
VIENTO DE PENDIENTE
Figura 2.2- Representación esquemática del viento de pendiente indicándose la distribución de velocidades en su interior.
En relación con la “estratificación de la atmósfera” y los “vientos de pendiente” puede consultarse un libro clásico como lo es por ejemplo “Micrometeorology” de O. G. Sutton, McGraw-Hill, 1953.
3- Aplicación a la minería a cielo abierto
3.1- Concentraciones de polvo diurnas y nocturnas en zonas pobladas cercanas (menos de 25 km) al pozo
Introducidos los conceptos de “estratificación de la atmósfera” y de “viento de pendiente” estos se aplicarán a la interpretación de lo que ocurre en una mina a cielo abierto durante las noches claras y calmas.
En las referidas noches el terreno se enfría por pérdida radiante de calor hacia la bóveda celeste, la atmósfera se estratifica y se desarrollan los vientos de pendiente ya descriptos, que corren pendiente abajo por las laderas, penetran en los diferentes “pozos” (“rajos”, “pits”) de extracción del mineral por ser más fríos (y por ello más densos) que el aire de la atmósfera interior al pozo. Al penetrar los vientos de pendiente al interior de los pozos, desplazan de estos el aire contaminado con polvo (debido al trabajo nocturno habitual en la faena minera) que fluye hacia los cauces existentes en la topografía aledaña al pozo. Estos cauces transportarán, pendiente abajo, hacia zonas posiblemente habitadas, el aire contaminado con polvo.
En la Figura 3.1 se presenta el esquema de un pozo minero, de la zona aledaña al pozo y de una zona poblada cercana. Las curvas de nivel (cada 50 m) de la zona se indican con la cota correspondiente en metros. Esta última puede estar a varios kilómetros de distancia del pozo minero. Sobre dicho esquema se han dibujado los vientos de pendiente que se desarrollan a partir de la puesta de sol, en una orografía con cauces que orientan el flujo hacia una zona habitada.
Figura 3.1. Esquema simplificado de los vientos de pendiente que se desarrollan durante
la noche en la topografía que se presenta en la figura (en azul vientos de pendiente limpios
y en ocre vientos de pendiente con polvo).
En la Figura 3.1 se presentan, en trazo azul, los vientos de pendiente que no llevan polvo (A) y que se desplazan pendiente abajo por las laderas hacia el pozo (B). Estos flujos, fríos y densos penetran en el pozo y arrastran el polvo que allí se encuentra. En trazo rojo se presentan los vientos de pendiente (ahora contaminados por el polvo)(C) que fluyen pendiente abajo partiendo ahora desde el pozo llegando a un centro poblado (D).
En la Figura 3.2 se presenta un corte en alzada, de la topografía aproximada indicada en la Figura 3.1. En dicho corte se representó el curso del aire frío desde una zona alta hasta la zona poblada.
Figura 3.2- Flujo del aire frío, limpio en la zona alta y con polvo a la salida del pozo. Se muestran los tramos A, B, C y D.
En la Figura 3.2 se indican los tramos A, B, C y D en los cuales se muestra el flujo del aire limpio o contaminado según corresponda.
Nótese que desde el pozo se descarga un caudal igual al que las laderas que rodean al pozo vierten hacia dicho pozo. Si ello no fuera así la presión dentro del pozo aumentaría o disminuiría durante la noche.
Por otra parte, debe observarse que si bien los caudales entrantes y salientes del pozo son iguales (en volumen y peso de aire por unidad de tiempo), el caudal entrante es de aire limpio y el caudal saliente lleva el MP10 generado dentro del pozo y que luego fluirá por los cauces hacia las zonas sensibles.De existir un mecanismo de propagación de polvo como el que se ilustra en la Figura 3.2, en la zona poblada se registrará en las noches claras y calmas (en las cuales se tiene estratificación), un incremento significativo de la concentración media respecto a la concentración media diurna.
3.2- Mecanismos naturales de limpieza de polvo en el valle
Un aspecto de gran importancia que debe señalarse y que es común a la inmensa mayoría de las explotaciones mineras a cielo abierto es el trabajo a jornada completa, trabajándose de día y de noche durante todos los días del año. Esto significa que el polvo que se emite hacia la atmósfera ingresa a ésta de día y de noche.
Si la atmósfera no dispusiese de mecanismos naturales de limpieza, capaces de hacer ascender el polvo que ingresa continuamente a ella desde la explotación minera, como se indicó precedentemente, la concentración media (diurna y nocturna) debería ir aumentando continuamente hasta que un evento excepcional (por ejemplo una lluvia o un viento intenso y de gran duración) barrieran el polvo acumulado en la atmósfera y el ciclo de acumulación progresiva comenzara nuevamente.
De existir acumulación en el transcurso de los días, ésta acumulación se expresaría en el incremento sistemático de la concentración media diaria (por ejemplo) de polvo, medida en un punto representativo. Si esto no ocurre, ello prueba que a pesar de que el aporte diario de los emisores no cesa, la atmósfera (mediante la convección natural diurna y los vientos en altura) es capaz de extraer de la zona ocupada por la explotación minera, el polvo que dicha explotación genera continuamente
Por lo tanto, puede concluirse que la dinámica de los vientos diurnos y nocturnos, junto con la convección natural del valle, es capaz (en tanto no se presente un proceso de aumento sistemático de la concentración media diaria) de extraer, de la atmósfera del valle, un caudal diario de polvo no menor a lo que hoy aportan la suma de los emisores que existen dentro del valle.
En consecuencia el problema que se propone resolver es controlar la propagación nocturna del polvo que llega por la noche a la zona poblada. Ello no quiere decir que se evitará la emisión nocturna de polvo sino que se evitará que dicha emisión alcance la zona poblada a proteger.
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