Fontes de luz na mineração
Em 1879, uma prática lâmpada de filamento incandescente foi patenteada. Como resultado, a luz não dependia mais de uma fonte de combustível. Muitos avanços surpreendentes foram feitos no conhecimento de iluminação desde a descoberta de Edison, incluindo alguns com aplicações em minas subterrâneas. Cada um tem vantagens e desvantagens inerentes. A Tabela 1 lista os tipos de fonte de luz e compara alguns parâmetros.
Tabela 1. Comparação das fontes de luz da mina
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Tipo de fonte de luz |
luminância aproximada |
Vida nominal média (h) |
Fonte DC |
Eficácia inicial aproximada lm·W-1 |
Reprodução de cores |
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Filamento de tungstênio |
105 para 107 |
(750 - 1,000) |
Sim |
(5 - 30) |
Excelente |
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Incandescente |
2 × 107 |
(5 - 2,000) |
Sim |
28 |
Excelente |
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Fluorescente |
5 × 104 para 2 × 105 |
(500 - 30,000) |
Sim |
100 |
Excelente |
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Vapor de mercúrio |
105 para 106 |
(16,000 - 24,000) |
sim com limitações |
63 |
Média |
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Iodetos metálicos |
5 × 106 |
(10,000 - 20,000) |
sim com limitações |
125 |
Bom |
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Sódio de alta pressão |
107 |
(12,000 - 24,000) |
Não recomendado |
140 |
Feira |
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Sódio de baixa pressão |
105 |
(10,000 - 18,000) |
Não recomendado |
183 |
Pobre |
cd = candela, DC = corrente contínua; lm = lumens.
A corrente para energizar as fontes de luz pode ser alternada (AC) ou direta (DC). As fontes de luz fixas quase sempre usam corrente alternada, enquanto as fontes portáteis, como lâmpadas de teto e faróis de veículos subterrâneos, usam uma bateria CC. Nem todos os tipos de fonte de luz são adequados para corrente contínua.
Fontes de luz fixas
As lâmpadas de filamento de tungstênio são as mais comuns, geralmente com uma lâmpada fosca e uma proteção para reduzir o brilho. A lâmpada fluorescente é a segunda fonte de luz mais comum e é facilmente distinguível por seu design tubular. Projetos circulares e em forma de U são compactos e têm aplicações de mineração, pois as áreas de mineração geralmente estão em espaços apertados. Filamentos de tungstênio e fontes fluorescentes são usados para iluminar diversas aberturas subterrâneas como estações de poços, transportadores, vias de transporte, refeitórios, estações de carregamento, compartimentos de combustível, depósitos de reparo, armazéns, salas de ferramentas e estações de trituração.
A tendência na iluminação de minas é usar fontes de luz mais eficientes. Estas são as quatro fontes de descarga de alta intensidade (HID) chamadas vapor de mercúrio, haleto metálico, sódio de alta pressão e sódio de baixa pressão. Cada um requer alguns minutos (um a sete) para atingir a saída de luz total. Além disso, se a energia da lâmpada for perdida ou desligada, o tubo do arco deve ser resfriado antes que o arco possa ser iniciado e a lâmpada reacendida. (Entretanto, no caso de lâmpadas de sódio de baixa pressão (Sox), o reacender é quase instantâneo.) Suas distribuições de energia espectral diferem daquela da luz natural. As lâmpadas de vapor de mercúrio produzem uma luz branca azulada, enquanto as lâmpadas de sódio de alta pressão produzem uma luz amarelada. Se a diferenciação de cores for importante no trabalho subterrâneo (por exemplo, para usar garrafas de gás codificadas por cores para soldagem, leitura de sinais codificados por cores, conexões de fiação elétrica ou classificação de minério por cor), deve-se tomar cuidado nas propriedades de reprodução de cores do fonte. Os objetos terão suas cores superficiais distorcidas quando iluminados por uma lâmpada de sódio de baixa pressão. A Tabela 1 fornece comparações de reprodução de cores.
Fontes de luz móveis
Com locais de trabalho frequentemente espalhados lateral e verticalmente, e com detonação contínua nesses locais de trabalho, as instalações permanentes são muitas vezes consideradas impraticáveis devido aos custos de instalação e manutenção. Em muitas minas, a lâmpada de tampa operada por bateria é a fonte de luz mais importante. Embora as lâmpadas de tampa fluorescentes estejam em uso, de longe a maioria das lâmpadas de tampa usa lâmpadas de tampa operadas por bateria de filamento de tungstênio. As baterias são de chumbo-ácido ou níquel-cádmio. Uma lâmpada de tungstênio-halogênio em miniatura é freqüentemente usada para a lâmpada do boné do mineiro. A pequena lâmpada permite que o feixe seja facilmente focado. O gás halogênio ao redor do filamento evita que o material do filamento de tungstênio ferva, o que evita que as paredes da lâmpada escureçam. A lâmpada também pode ser queimada mais quente e, portanto, mais brilhante.
Para iluminação de veículos móveis, as lâmpadas incandescentes são mais comumente usadas. Eles não requerem nenhum equipamento especial, são baratos e fáceis de substituir. As lâmpadas de refletor aluminizado parabólico (PAR) são usadas como faróis em veículos.
Padrões para Iluminação de Mina
Os países com uma indústria de mineração subterrânea bem estabelecida geralmente são bastante específicos em seus requisitos sobre o que constitui um sistema seguro de iluminação de mina. Isto é particularmente verdadeiro para as minas que têm gás metano liberado do trabalho, geralmente minas de carvão. O gás metano pode inflamar e causar uma explosão subterrânea com resultados devastadores. Consequentemente, todas as luzes devem ser projetadas para serem “intrinsecamente seguras” ou “à prova de explosão”. Uma fonte de luz intrinsecamente segura é aquela em que a corrente que alimenta a luz tem muito pouca energia, de modo que qualquer curto no circuito não produziria uma faísca que poderia inflamar o gás metano. Para que uma lâmpada seja à prova de explosão, qualquer explosão desencadeada pela atividade elétrica da lâmpada está contida no dispositivo. Além disso, o próprio dispositivo não ficará quente o suficiente para causar uma explosão. A lâmpada é mais cara, mais pesada, com peças metálicas geralmente feitas de peças fundidas. Os governos geralmente têm instalações de teste para certificar se as lâmpadas podem ser classificadas para uso em uma mina gasosa. Uma lâmpada de sódio de baixa pressão não poderia ser certificada, pois o sódio na lâmpada poderia pegar fogo se a lâmpada quebrasse e o sódio entrasse em contato com a água.
Os países também legislam padrões para a quantidade de luz necessária para várias tarefas, mas a legislação varia muito na quantidade de luz que deve ser colocada nos vários locais de trabalho.
Diretrizes para iluminação de minas também são fornecidas por órgãos internacionais preocupados com iluminação, como a Illumination Engineering Society (IES) e a Commission internationale de l'éclairage (CIE). A CIE enfatiza que a qualidade da luz recebida pelo olho é tão importante quanto a quantidade e fornece fórmulas para determinar se o ofuscamento pode ser um fator no desempenho visual.
Efeitos da Iluminação em Acidentes, Produção e Saúde
Seria de se esperar que uma melhor iluminação reduzisse os acidentes, aumentasse a produção e reduzisse os riscos à saúde, mas não é fácil comprovar isso. O efeito direto da iluminação na eficiência e segurança subterrânea é difícil de medir porque a iluminação é apenas uma das muitas variáveis que afetam a produção e a segurança. Há evidências bem documentadas que mostram que os acidentes rodoviários diminuem com a melhoria da iluminação. Uma correlação semelhante foi observada nas fábricas. A própria natureza da mineração, no entanto, dita que a área de trabalho está em constante mudança, de modo que muito poucos relatos relacionando acidentes com minas à iluminação podem ser encontrados na literatura e continua sendo uma área de pesquisa que tem sido amplamente inexplorada. As investigações de acidentes mostram que a falta de iluminação raramente é a principal causa de acidentes subterrâneos, mas muitas vezes é um fator contribuinte. Embora as condições de iluminação desempenhem algum papel em muitos acidentes com minas, elas têm um significado especial em acidentes que envolvem quedas de terreno, uma vez que a iluminação deficiente facilita a perda de condições perigosas que poderiam ser corrigidas.
Até o início do século XX, os mineiros comumente sofriam da doença ocular nistagmo, para a qual não havia cura conhecida. O nistagmo produzia oscilação incontrolável dos globos oculares, dores de cabeça, tontura e perda da visão noturna. Foi causado por trabalhar sob níveis de luz muito baixos durante longos períodos de tempo. Os mineiros de carvão eram particularmente suscetíveis, já que muito pouco da luz que atinge o carvão é refletida. Esses mineiros muitas vezes tinham que deitar de lado ao trabalhar com pouco carvão e isso também pode ter contribuído para a doença. Com a introdução da lâmpada de tampa elétrica nas minas, o nistagmo do mineiro desapareceu, eliminando o risco de saúde mais importante associado à iluminação subterrânea.
Com os recentes avanços tecnológicos em novas fontes de luz, o interesse em iluminação e saúde foi reavivado. Agora é possível ter níveis de iluminação em minas que seriam extremamente difíceis de alcançar anteriormente. A principal preocupação é o ofuscamento, mas a preocupação também foi expressa sobre a energia radiométrica emitida pelas luzes. A energia radiométrica pode afetar os trabalhadores atuando diretamente nas células da superfície da pele ou próximas a ela ou desencadeando certas respostas, como ritmos biológicos dos quais depende a saúde física e mental. Uma fonte de luz HID ainda pode operar mesmo que o envelope de vidro que contém a fonte esteja rachado ou quebrado. Os trabalhadores podem então correr o risco de receber doses além dos valores-limite, especialmente porque essas fontes de luz muitas vezes não podem ser montadas muito altas.