Ingenieros resuelven un misterio de flujo de aire a casi un kilómetro bajo tierra

El Sanford Underground Research Facility (SURF), un laboratorio científico ubicado a casi un kilómetro bajo tierra en Sudáfrica, se enfrenta a un desafío constante: mantener un control adecuado de la ventilación y el agua. Este desafío se vuelve aún más crítico durante las intensas lluvias, cuando el flujo de aire subterráneo puede revertirse, lo que plantea riesgos para la seguridad de los trabajadores.

Desde su incorporación a SURF en 2019, el ingeniero de minería Jason Connot supervisó el sistema de ventilación del lugar. Durante episodios de lluvia intensa, él y su equipo notaron que los patrones de flujo de aire a veces se debilitaban o incluso cambiaban de dirección. "Observamos que nuestro ventilador se comportaba de manera extraña en el 5 Shaft. Algunas áreas mostraban un flujo de aire reducido o incluso invertido durante eventos de lluvia", relató Connot.

En condiciones normales, el aire fresco ingresa a las instalaciones a través de dos ejes principales y sale por otros dos. Sin embargo, durante las lluvias intensas, el exceso de agua se dirige hacia el 5 Shaft, donde se acumula en una piscina subterránea. "Al principio, no sabíamos qué estaba ocurriendo con el flujo de aire durante las grandes lluvias", comentó Connot.

Para encontrar respuestas, se instalaron sensores de flujo de aire en el nivel 2000 como parte de un sistema automatizado de control de ventilación. Las mediciones revelaron un panorama más claro sobre cómo se movía el aire en las instalaciones. Previamente, durante una prueba del sistema de desagüe, los sensores en el nivel 4850 habían registrado un aumento inesperado en el movimiento del aire. Estos sensores fueron diseñados e instalados por Steve Gabriel, un profesor de ciencia de secundaria que luego se unió a SURF como técnico de ventilación.

Connot y su equipo sospecharon que el agua que caía podría estar afectando el flujo de aire. Su teoría sostenía que la columna de agua descendente actuaba como una jeringa, empujando el aire a través del eje mientras caía. Al investigar la literatura científica, Connot encontró informes sobre fenómenos similares en sistemas de alcantarillado municipales. Con la colaboración de colegas de South Dakota Mines, adaptaron las ecuaciones de dinámica de fluidos para ajustarlas a las condiciones de SURF, y los resultados coincidieron con las observaciones.

"Cuando incorporamos nuestros datos al modelo, todo salió perfectamente. No se podría pensar que el peso de las gotas de agua pudiera mover tanto aire", explicó Connot. Este descubrimiento no solo tiene implicaciones para la gestión de la ventilación en SURF, sino también para operaciones subterráneas en todo el mundo.

Connot destacó la importancia de este hallazgo para la seguridad en caso de incendios. "Si hay un incendio, los ingenieros mineros a veces abren una válvula en la parte superior y vierten agua por el eje. Saber que esto puede cambiar el flujo de aire es información crítica para todos", advirtió.

El trabajo de Connot fue publicado en el artículo titulado Effects of Water Inflows on a Mine Ventilation System: A Case Study en la revista Mining, Metallurgy & Exploration. Dr. Andrea Brickey, su asesora y profesora en el Departamento de Ingeniería de Minas y Gestión de South Dakota Mines, elogió tanto la investigación como la persistencia de Connot. "Como asesora, no podría pedir un mejor estudiante de posgrado que Jason. Identificó un fenómeno que impacta los sistemas de ventilación y su curiosidad lo llevó a querer determinar cómo predecir ese comportamiento. Lo logró, y su trabajo está ayudando a SURF y a toda una industria", afirmó Brickey.