Uma mina subterrânea não precisa do mesmo fluxo de ar em cada galeria e em todos os turnos. A ventilação sob demanda (VoD, na sigla em inglês) ajusta o fluxo à presença de trabalhadores e equipamentos e às condições ambientais monitoradas. O objetivo é evitar o funcionamento desnecessário dos ventiladores sem reduzir o fluxo de ar abaixo do necessário para controlar gases, poeira, calor e emissões de motores a diesel.
A ventilação não se resume a ligar um ventilador principal: o ar precisa percorrer uma rede de galerias, chegar às frentes de trabalho ativas e remover contaminantes. Os sistemas VoD combinam sensores de fluxo e de gases com dados sobre a localização de pessoas e máquinas. Com essas informações, os controles ajustam ventiladores — por exemplo, por meio de inversores de frequência — e reguladores que distribuem o ar entre os setores. O fluxo mínimo não é universal: depende da operação, dos riscos e das exigências aplicáveis em cada jurisdição.
Sensores e controles direcionam o ar para as áreas ativas
Um artigo de revisão de Mahesh Shriwas e Christopher Pritchard, publicado em 2020 na revista Mining, Metallurgy & Exploration, analisou tecnologias de monitoramento e controle e documentou aplicações em minas do Canadá, da Austrália e dos Estados Unidos. Entre as variáveis consideradas estão a velocidade e a direção do ar, a temperatura e a umidade, além de gases como monóxido e dióxido de carbono, óxidos de nitrogênio e oxigênio. O sistema também pode usar o rastreamento de trabalhadores e equipamentos para estimar onde a ventilação é necessária.
A revisão reúne resultados operacionais distintos, que não devem ser interpretados como uma taxa de economia aplicável a qualquer mina. Em Nickel Rim, no Canadá, um teste realizado em 2011 combinou sensores ultrassônicos de fluxo, detectores de gases, rastreamento por radiofrequência, ventiladores de velocidade variável e reguladores; o estudo registrou uma economia anual de 10.140 MWh. Em Gwalia, na Austrália, o controle automático ajustava ventiladores e reguladores às necessidades de produção de cada turno. No local, foram informadas reduções anuais nos custos de ventilação de US$7,2 milhões nos ventiladores principais e de US$230.000 nos secundários. O mesmo caso registrou uma demora de até 10 minutos para estabilizar o fluxo após algumas mudanças.
Esses exemplos mostram por que o projeto da rede é tão importante quanto a potência do ventilador. Se um setor fica sem atividade, os controles podem reduzir ou redirecionar parte do fluxo; quando o trabalho é retomado, o sistema precisa responder a tempo e garantir as condições necessárias na frente de trabalho. Um estudo de otimização publicado em Applied Energy em 2015 por Arnab Chatterjee, Lijun Zhang e Xiaohua Xia modelou uma rede de ventilação subterrânea com base nas leis de Kirchhoff e Tellegen, além das leis dos ventiladores. No caso analisado, o estudo estimou que a combinação de VoD com mudanças nos horários de produção permitiria economizar 2.540.035 kWh por ano. Trata-se de um resultado de modelagem para aquele caso, que não pode ser aplicado diretamente a outras operações.
A economia tem limites: fluxo mínimo, falhas e demora na circulação do ar
O controle automático não determina, por si só, quanto ar é seguro. Os valores mínimos são definidos considerando os contaminantes que precisam ser diluídos, a atividade, os equipamentos em uso e as normas e os planos de ventilação de cada mina. Nos Estados Unidos, por exemplo, o NIOSH indica que as operações de carvão devem especificar em seus planos o fluxo mínimo necessário para manter o metano abaixo de 1% nas frentes de trabalho; esse limite se aplica àquele contexto e não é uma regra universal para toda a mineração.
Também há limitações dos instrumentos. Shriwas e Pritchard alertam que um sensor com defeito ou descalibrado pode fornecer dados incorretos e que uma medição pontual da velocidade pode não representar bem o fluxo em toda a galeria. Além disso, os autores apontam dificuldades para estimar as condições atmosféricas nas áreas entre os sensores e para incorporar o monitoramento contínuo e acessível de poeira de sílica e material particulado de motores a diesel. O estudo destaca a necessidade de supervisão humana e de levar em conta o tempo que a ventilação demora para responder às mudanças.
Um estudo posterior, publicado em 2024 na revista Engineering Applications of Artificial Intelligence por Ahmad Ihsan, Nuhindro Priagung Widodo, Jianwei Cheng e En-yuan Wang, testou dois modelos neurodifusos adaptativos (ANFIS): um estimava a potência ideal do ventilador e o outro, o tempo necessário para diluir o metano. Foram usados sensores em um túnel de laboratório em escala que representava as condições de uma frente de desenvolvimento em uma mina de carvão. Os modelos alcançaram valores de R² de 0,84 e 0,96, respectivamente, e o teste registrou redução de até 43% no consumo de potência. Esse resultado corresponde às condições experimentais de laboratório, e não a uma economia comprovada em uma mina inteira.
Por isso, ventilação sob demanda não significa deixar os túneis inativos sem ar nem desligar o sistema de segurança. Significa ajustar a distribuição com base em informações confiáveis, mantendo os mínimos definidos para a operação e verificando se os controles respondem adequadamente. As evidências publicadas incluem testes de campo e modelos; os resultados de economia não são diretamente comparáveis, pois variam as condições iniciais, os limites do sistema e o método de avaliação.
