La mina s'està fent més profunda cada any: 30 m, segons informes de la indústria.
A mesura que augmenta la profunditat, també ho fa la necessitat de ventilació i refrigeració, i Howden ho sap per experiència treballant amb les mines més profundes de Sud-àfrica.
Howden va ser fundada el 1854 per James Howden a Escòcia com a empresa d'enginyeria marina i va entrar a Sud-àfrica a la dècada del 1950 per satisfer les necessitats de les indústries mineres i energètiques. A la dècada del 1960, l'empresa va ajudar a equipar les mines d'or profundes del país amb tots els sistemes de ventilació i refrigeració necessaris per extreure mineral de manera segura i eficient quilòmetres sota terra.
«Inicialment, la mina només utilitzava la ventilació com a mètode de refrigeració, però a mesura que augmentava la profunditat de la mina, es va requerir refrigeració mecànica per compensar la creixent càrrega de calor a la mina», va dir a IM Teunes Wasserman, cap de la divisió de Refrigeració i Compressors de Mines de Howden.
Moltes mines d'or profundes a Sud-àfrica han instal·lat refrigeradors centrífugs Freon™ per sobre i per sota terra per proporcionar la refrigeració necessària per al personal i els equips subterranis.
Malgrat la millora de l'statu quo, el sistema de dissipació de calor de la màquina subterrània va resultar problemàtic, ja que la capacitat de refrigeració de la màquina estava limitada per la temperatura i la quantitat d'aire d'escapament disponible, va dir Wasserman. Al mateix temps, la qualitat de l'aigua de la mina va causar una greu incrustació dels intercanviadors de calor de carcassa i tubs utilitzats en aquests primers refrigeradors centrífugs.
Per resoldre aquest problema, les mines van començar a bombar aire fred des de la superfície fins a terra. Tot i que això augmenta la capacitat de refrigeració, la infraestructura necessària ocupa espai a la sitja i el procés és energèticament intensiu.
Per solucionar aquests problemes, les mines volen maximitzar la quantitat d'aire fred que arriba a terra a través de les unitats d'aigua refrigerada.
Això va impulsar Howden a introduir refrigeradors de cargol amino a les mines de Sud-àfrica, primer en tàndem després dels refrigeradors centrífugs de superfície existents. Això ha provocat un canvi radical en la quantitat de refrigerant que es pot subministrar a aquestes mines d'or subterrànies profundes, cosa que ha provocat una disminució de la temperatura mitjana de l'aigua superficial de 6-8 °C a 1 °C. La mina pot utilitzar la mateixa infraestructura de canonades de la mina, moltes de les quals ja estan instal·lades, alhora que augmenta significativament la quantitat de refrigeració subministrada a les capes més profundes.
Aproximadament 20 anys després de la introducció del WRV 510, Howden, un actor líder del mercat en el sector, va desenvolupar el WRV 510, un compressor de cargol de bloc gran amb un rotor de 510 mm. Era un dels compressors de cargol més grans del mercat en aquell moment i coincidia amb la mida del mòdul de refrigeració necessari per refredar aquelles mines profundes de Sud-àfrica.
«Això canvia les regles del joc perquè les mines poden instal·lar un sol refrigerador de 10-12 MW en lloc d'un munt de refrigeradors», va dir Wasserman. «Alhora, l'amoníac com a refrigerant verd és molt adequat per a combinacions de compressors de cargol i intercanviadors de calor de plaques».
Les consideracions sobre l'amoníac es van formalitzar en les especificacions i els estàndards de seguretat per a l'amoníac per a la indústria minera, amb Howden jugant un paper important en el procés de disseny. S'han actualitzat i incorporat a la legislació sud-africana.
Aquest èxit queda demostrat per la instal·lació de més de 350 MW de capacitat de refrigeració amb amoníac per part de la indústria minera de Sud-àfrica, que es considera la més gran del món.
Però la innovació de Howden a Sud-àfrica no es va aturar aquí: el 1985 l'empresa va afegir una màquina de gel de superfície a la seva creixent gamma de refrigeradors de mina.
A mesura que les opcions de refrigeració superficial i subterrània es maximitzen o es consideren massa cares, les mines necessiten una nova solució de refrigeració per expandir encara més la mineria a nivells més profunds.
Howden va instal·lar la seva primera planta de fabricació de gel (exemple a continuació) el 1985 a l'EPM (East Rand Proprietary Mine) a l'est de Johannesburg, que té una capacitat total de refrigeració final d'uns 40 MW i una capacitat de gel de 4320 t/h.
La base de l'operació és la formació de gel a la superfície i el seu transport a través de la mina fins a una presa de gel subterrània, on l'aigua de la presa de gel es fa circular en estacions de refrigeració subterrànies o s'utilitza com a aigua de procés per a la perforació de pous. El gel fos es bomba de nou a la superfície.
El principal benefici d'aquest sistema de màquina de gel és la reducció dels costos de bombament, cosa que redueix els costos operatius associats als sistemes d'aigua refrigerada superficialment en aproximadament un 75-80%. Tot es redueix a l'"energia de refrigeració emmagatzemada en les transicions de fase de l'aigua" inherent, va dir Wasserman, i va explicar que 1 kg/s de gel té la mateixa capacitat de refrigeració que 4,5-5 kg/s d'aigua congelada.
A causa de la "superior eficiència de posicionament", la presa subterrània es pot mantenir a 2-5 °C per millorar el rendiment tèrmic de l'estació de refrigeració d'aire subterrània, maximitzant de nou la capacitat de refrigeració.
Un altre avantatge de la rellevància particular d'una central elèctrica de gel a Sud-àfrica, un país conegut per la seva xarxa elèctrica inestable, és la capacitat del sistema per ser utilitzat com a mètode d'emmagatzematge de calor, on el gel es crea i s'acumula en preses de gel subterrànies i durant els períodes punta.
Aquest darrer benefici ha portat al desenvolupament d'un projecte de col·laboració industrial recolzat per Eskom, en el qual Howden està investigant l'ús de màquines de gel per reduir la demanda màxima d'electricitat, amb casos de prova a Mponeng i Moab Hotsong, les mines subterrànies més profundes del món.
«Vam congelar la presa a la nit (fora d'hores) i vam fer servir aigua i gel fos com a font de refrigeració per a la mina durant les hores punta», va explicar Wasserman. «Les unitats de refrigeració de la base s'apaguen durant els períodes punta, cosa que redueix la càrrega a la xarxa».
Això va conduir al desenvolupament d'una màquina de gel clau en mà a Mponeng, on Howden va completar l'obra, incloent-hi l'equipament civil, elèctric i mecànic per a una màquina de gel de 12 MW i 120 t/h.
Les incorporacions recents a l'estratègia principal de refrigeració de Mponeng inclouen gel tou, aigua refrigerada superficialment, refrigeradors d'aire superficial (BAC) i un sistema de refrigeració subterrani. La presència a les aigües de la mina de concentracions elevades de sals i clorurs dissolts durant el treball.
La gran experiència de Sud-àfrica i el seu enfocament en solucions, no només en productes, continua transformant els sistemes de refrigeració a tot el món, afirma.
Com va esmentar Wasserman, a mesura que més i més mines s'endinsen més a la profunditat i a més espai a les mines, és fàcil veure solucions com aquesta que es troben en altres parts del món.
Meinhardt va dir: «Howden ha estat exportant la seva tecnologia de refrigeració de mines profundes a Sud-àfrica durant dècades. Per exemple, vam subministrar solucions de refrigeració per a mines d'or subterrànies a Nevada a la dècada de 1990.
«Una tecnologia interessant que s'utilitza en algunes mines sud-africanes és l'emmagatzematge de gel tèrmic per a la transferència de càrrega: l'energia tèrmica s'emmagatzema en grans preses de gel. El gel es produeix durant les hores punta i s'utilitza durant les hores punta», va dir. «Tradicionalment, les unitats de refrigeració estan dissenyades per a una temperatura ambient màxima que pot arribar a les tres hores al dia durant els mesos d'estiu. Tanmateix, si teniu la capacitat d'emmagatzemar energia de refrigeració, podeu reduir aquesta capacitat».
«Si teniu un pla amb una tarifa punta força alta i voleu actualitzar a tarifes més econòmiques durant els períodes vall, aquestes solucions per fer gel poden ser una bona opció de negoci», va dir. «El capital inicial per a la planta pot compensar els costos operatius més baixos».
Alhora, el BAC, que s'ha utilitzat a les mines sud-africanes durant dècades, està guanyant cada cop més importància mundial.
En comparació amb els dissenys tradicionals de BAC, l'última generació de BAC té una eficiència tèrmica més alta que els seus predecessors, límits de temperatura de l'aire a la mina més baixos i una petjada més petita. També integren un mòdul de refrigeració sota demanda (CoD) a la plataforma Howden Ventsim CONTROL, que ajusta automàticament la temperatura de l'aire del collar per adaptar-se a les necessitats del subsòl.
Durant l'últim any, Howden ha lliurat tres BAC de nova generació a clients del Brasil i Burkina Faso.
L'empresa també és capaç de produir solucions personalitzades per a condicions operatives difícils; un exemple recent és la instal·lació "única" de refrigeradors d'amoníac BAC per a OZ Minerals a la mina Carrapateena, al sud d'Austràlia.
«Howden va instal·lar condensadors secs amb compressors d'amoníac Howden i refrigeradors d'aire sec de circuit tancat a Austràlia en absència d'aigua disponible», va dir Wasserman sobre la instal·lació. «Atès que es tracta d'una instal·lació 'seca' i no de refrigeradors d'aspersió oberts instal·lats en sistemes d'aigua, aquests refrigeradors estan dissenyats per a una eficiència màxima».
L'empresa està provant actualment una solució de monitorització del temps de funcionament per a una planta BAC terrestre de 8 MW (imatge següent) dissenyada i construïda a la mina Yaramoko Fortuna Silver (anteriorment Roxgold) a Burkina Faso.
El sistema, controlat per la planta de Howden a Johannesburg, permet a l'empresa assessorar sobre possibles millores d'eficiència i manteniment per mantenir la planta funcionant al màxim. La unitat BAC del complex miner Caraiba a Ero Copper, Brasil, també està dissenyada per utilitzar aquesta funció.
La plataforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) continua construint relacions sostenibles de valor afegit i l'empresa llançarà dos estudis de viabilitat de Ventilació a la Demanda (VoD) al país el 2021.
Just a la frontera amb Zimbàbue, l'empresa està treballant en un projecte que permetrà el vídeo a la carta per a portes automàtiques en mines subterrànies, permetent que s'obrin a intervals variables i proporcionin la quantitat justa d'aire de refrigeració en funció de les necessitats específiques del vehicle.
Aquest desenvolupament tecnològic, utilitzant la infraestructura minera disponible i fonts de dades estàndard, serà una part important dels futurs productes de Howden.
L'experiència de Howden a Sud-àfrica: apreneu a dissenyar solucions de refrigeració per fer front a la mala qualitat de l'aigua a les seves mines d'or profundes, com fer que les solucions siguin el més eficients energèticament possible per evitar problemes a la xarxa i com complir alguns dels requisits de qualitat de l'aire, temperatura i salut laboral més estrictes del món. La regulació continuarà donant els seus fruits a les mines de tot el món.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Anglaterra HP4 2AF, Regne Unit