La mina se hace más profunda cada año: 30 m, según informes de la industria.
A medida que aumenta la profundidad, también aumenta la necesidad de ventilación y refrigeración, y Howden lo sabe por su experiencia trabajando con las minas más profundas de Sudáfrica.
Howden fue fundada en 1854 por James Howden en Escocia como una empresa de ingeniería marina y entró en Sudáfrica en la década de 1950 para satisfacer las necesidades de las industrias minera y energética.En la década de 1960, la compañía ayudó a equipar las minas de oro profundas del país con todos los sistemas de ventilación y refrigeración necesarios para extraer mineral de manera segura y eficiente a kilómetros bajo tierra.
“Inicialmente, la mina solo usaba ventilación como método de enfriamiento, pero a medida que aumentaba la profundidad de la extracción, se requería enfriamiento mecánico para compensar la creciente carga de calor en la mina”, dijo a IM Teunes Wasserman, jefe de la división de Compresores y Refrigeración de Minas de Howden.
Muchas minas de oro profundas en Sudáfrica han instalado enfriadores centrífugos Freon™ por encima y por debajo del suelo para proporcionar el enfriamiento necesario para el personal y los equipos subterráneos.
A pesar de la mejora en el statu quo, el sistema de disipación de calor de la máquina subterránea resultó problemático, ya que la capacidad de enfriamiento de la máquina estaba limitada por la temperatura y la cantidad de aire de escape disponible, dijo Wasserman.Al mismo tiempo, la calidad del agua de la mina provocó un grave ensuciamiento de los intercambiadores de calor de carcasa y tubos utilizados en estos primeros enfriadores centrífugos.
Para solucionar este problema, las minas comenzaron a bombear aire frío desde la superficie hacia el suelo.Si bien esto aumenta la capacidad de enfriamiento, la infraestructura necesaria ocupa espacio en el silo y el proceso consume mucha energía y energía.
Para abordar estos problemas, las minas quieren maximizar la cantidad de aire frío que llega al suelo a través de las unidades de agua fría.
Esto llevó a Howden a introducir enfriadores de tornillo amino en minas de Sudáfrica, primero en tándem después de los enfriadores centrífugos de superficie existentes.Esto ha llevado a un cambio radical en la cantidad de refrigerante que se puede suministrar a estas minas de oro subterráneas profundas, lo que ha resultado en una disminución de la temperatura promedio del agua superficial de 6-8 °C a 1 °C.La mina puede usar la misma infraestructura de tuberías de la mina, muchas de las cuales ya están instaladas, al tiempo que aumenta significativamente la cantidad de enfriamiento entregado a las capas más profundas.
Aproximadamente 20 años después de la introducción del WRV 510, Howden, un actor líder en el mercado en el campo, desarrolló el WRV 510, un compresor de tornillo de bloque grande con un rotor de 510 mm.Era uno de los compresores de tornillo más grandes del mercado en ese momento y coincidía con el tamaño del módulo enfriador necesario para enfriar esas minas profundas de Sudáfrica.
“Esto cambia las reglas del juego porque las minas pueden instalar un solo enfriador de 10-12 MW en lugar de un montón de enfriadores”, dijo Wasserman.“Al mismo tiempo, el amoníaco como refrigerante verde es muy adecuado para combinaciones de compresores de tornillo e intercambiadores de calor de placas”.
Las consideraciones sobre el amoníaco se formalizaron en especificaciones y estándares de seguridad para el amoníaco para la industria minera, y Howden desempeñó un papel importante en el proceso de diseño.Se han actualizado e incorporado a la legislación sudafricana.
Este éxito se evidencia con la instalación de más de 350 MW de capacidad de refrigeración con amoníaco por parte de la industria minera de Sudáfrica, que se considera la más grande del mundo.
Pero la innovación de Howden en Sudáfrica no se detuvo allí: en 1985, la empresa agregó una máquina de hielo de superficie a su creciente gama de enfriadores para minas.
A medida que las opciones de enfriamiento superficial y subterráneo se maximizan o se consideran demasiado costosas, las minas necesitan una nueva solución de enfriamiento para expandir aún más la minería a niveles más profundos.
Howden instaló su primera planta de fabricación de hielo (ejemplo a continuación) en 1985 en EPM (East Rand Proprietary Mine) al este de Johannesburgo, que tiene una capacidad de enfriamiento total final de alrededor de 40 MW y una capacidad de hielo de 4320 t/h.
La base de la operación es la formación de hielo en la superficie y transportarlo a través de la mina hasta un dique de hielo subterráneo, donde el agua del dique de hielo luego circula en estaciones de enfriamiento subterráneas o se utiliza como agua de proceso para la perforación de pozos.Luego, el hielo derretido se bombea de regreso a la superficie.
El principal beneficio de este sistema de fabricación de hielo es la reducción de los costos de bombeo, lo que reduce los costos operativos asociados con los sistemas de agua refrigerada de superficie en aproximadamente un 75-80 %.Todo se reduce a la inherente "energía de enfriamiento almacenada en las transiciones de fase del agua", dijo Wasserman, explicando que 1 kg/s de hielo tiene la misma capacidad de enfriamiento que 4,5-5 kg/s de agua congelada.
Debido a la "eficiencia de posicionamiento superior", la presa subterránea se puede mantener a 2-5 °C para mejorar el rendimiento térmico de la estación subterránea de enfriamiento de aire, maximizando nuevamente la capacidad de enfriamiento.
Otra ventaja de la relevancia particular de una planta de energía de hielo en Sudáfrica, un país conocido por su red eléctrica inestable, es la capacidad del sistema para usarse como un método de almacenamiento de calor, donde el hielo se crea y acumula en presas de hielo subterráneas y durante los períodos pico..
Este último beneficio ha llevado al desarrollo de un proyecto de asociación industrial respaldado por Eskom en virtud del cual Howden está investigando el uso de máquinas para hacer hielo para reducir la demanda máxima de electricidad, con casos de prueba en Mponeng y Moab Hotsong, las minas subterráneas más profundas del mundo.
“Congelamos la represa por la noche (fuera del horario de atención) y usamos agua y hielo derretido como fuente de enfriamiento para la mina durante las horas pico”, explicó Wasserman.“Las unidades de enfriamiento base se apagan durante los períodos pico, lo que reduce la carga en la red”.
Esto condujo al desarrollo de una máquina de hielo llave en mano en Mponeng, donde Howden completó el trabajo, incluidos los equipos civiles, eléctricos y mecánicos para una máquina de hielo de 12 MW y 120 t/h.
Las adiciones recientes a la estrategia de enfriamiento central de Mponeng incluyen hielo blando, agua enfriada en la superficie, enfriadores de aire en la superficie (BAC) y un sistema de enfriamiento subterráneo.la presencia en las aguas de mina de concentraciones elevadas de sales y cloruros disueltos durante el trabajo.
La gran experiencia de Sudáfrica y su enfoque en las soluciones, no solo en los productos, continúa transformando los sistemas de refrigeración en todo el mundo, dice.
Como mencionó Wasserman, a medida que más y más minas se profundizan y ocupan más espacio en las minas, es fácil ver soluciones como esta en otras partes del mundo.
Meinhardt dijo: “Howden ha estado exportando su tecnología de enfriamiento de minas profundas a Sudáfrica durante décadas.Por ejemplo, suministramos soluciones de enfriamiento de minas para minas de oro subterráneas en Nevada en la década de 1990.
“Una tecnología interesante utilizada en algunas minas sudafricanas es el almacenamiento de hielo térmico para la transferencia de carga: la energía térmica se almacena en grandes presas de hielo.El hielo se produce durante las horas pico y se usa durante las horas pico”, dijo.“Tradicionalmente, las unidades de refrigeración están diseñadas para una temperatura ambiente máxima que puede alcanzar las tres horas al día durante los meses de verano.Sin embargo, si tiene la capacidad de almacenar energía de enfriamiento, puede reducir esa capacidad”.
“Si tiene un plan con una tarifa pico bastante alta y desea actualizarse a tarifas más económicas durante los períodos de menor actividad, estas soluciones de fabricación de hielo pueden ser un caso comercial sólido”, dijo.“El capital inicial de la planta puede compensar los costos operativos más bajos”.
Al mismo tiempo, BAC, que se ha utilizado en las minas de Sudáfrica durante décadas, está ganando cada vez más importancia mundial.
En comparación con los diseños tradicionales de BAC, la última generación de BAC tiene una mayor eficiencia térmica que sus predecesores, límites más bajos de temperatura del aire de la mina y una huella más pequeña.También integran un módulo de refrigeración bajo demanda (CoD) en la plataforma Howden Ventsim CONTROL, que ajusta automáticamente la temperatura del aire del cuello para adaptarse a las necesidades del subsuelo.
Durante el año pasado, Howden entregó tres BAC de nueva generación a clientes en Brasil y Burkina Faso.
La empresa también puede producir soluciones personalizadas para condiciones operativas difíciles;un ejemplo reciente es la instalación 'única' de enfriadores de amoníaco BAC para OZ Minerals en la mina Carrapateena en el sur de Australia.
“Howden instaló condensadores secos con compresores de amoníaco Howden y enfriadores de aire seco de circuito cerrado en Australia ante la falta de agua disponible”, dijo Wasserman sobre la instalación.“Dado que se trata de una instalación 'seca' y no de enfriadores por aspersión abiertos instalados en sistemas de agua, estos enfriadores están diseñados para lograr la máxima eficiencia”.
La compañía actualmente está probando una solución de monitoreo de tiempo de actividad para una planta BAC en tierra de 8 MW (en la foto a continuación) diseñada y construida en la mina Yaramoko Fortuna Silver (anteriormente Roxgold) en Burkina Faso.
El sistema, controlado por la planta de Howden en Johannesburgo, permite a la empresa asesorar sobre posibles mejoras de eficiencia y mantenimiento para que la planta funcione de manera óptima.La unidad BAC en el complejo minero Caraiba en Ero Copper, Brasil, también está diseñada para utilizar esta característica.
La plataforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) continúa construyendo relaciones sostenibles de valor agregado y la compañía lanzará dos estudios de factibilidad de Ventilation On Demand (VoD) en el país en 2021.
Justo en la frontera con Zimbabue, la compañía está trabajando en un proyecto que habilitará el video a pedido para puertas automáticas en minas subterráneas, permitiéndoles abrirse en intervalos variables y proporcionar la cantidad justa de aire de enfriamiento según las necesidades específicas del vehículo.
Este desarrollo tecnológico, que utiliza la infraestructura minera disponible existente y las fuentes de datos estándar, será una parte importante de los productos futuros de Howden.
La experiencia de Howden en Sudáfrica: Aprenda a diseñar soluciones de refrigeración para hacer frente a la mala calidad del agua en sus profundas minas de oro, cómo hacer que las soluciones sean lo más eficientes posible desde el punto de vista energético para evitar problemas de red y cómo cumplir algunos de los requisitos de calidad del aire más estrictos.requisitos de temperatura y salud ocupacional en todo el mundo Regulación: seguirá dando frutos para las minas de todo el mundo.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Inglaterra HP4 2AF, Reino Unido