A mina faise máis fonda cada ano: 30 m, segundo informes do sector.
A medida que aumenta a profundidade, tamén o fai a necesidade de ventilación e refrixeración, e Howden sabe isto pola súa experiencia traballando coas minas máis profundas de Sudáfrica.
Howden foi fundada en 1854 por James Howden en Escocia como unha empresa de enxeñaría mariña e entrou en Sudáfrica na década de 1950 para atender as necesidades das industrias mineira e enerxética. Na década de 1960, a empresa axudou a equipar as minas de ouro profundas do país con todos os sistemas de ventilación e refrixeración necesarios para extraer mineral de forma segura e eficiente quilómetros baixo terra.
«Inicialmente, a mina só empregaba a ventilación como método de refrixeración, pero a medida que aumentaba a profundidade da mina, foi necesaria a refrixeración mecánica para compensar a crecente carga de calor na mina», declarou a IM Teunes Wasserman, xefe da división de Refrixeración e Compresores de Minas de Howden.
Moitas minas de ouro profundas en Sudáfrica instalaron arrefriadores centrífugos Freon™ por riba e por debaixo do chan para proporcionar a refrixeración necesaria para o persoal e os equipos subterráneos.
Malia a mellora da situación actual, o sistema de disipación de calor da máquina subterránea resultou problemático, xa que a capacidade de refrixeración da máquina estaba limitada pola temperatura e a cantidade de aire de escape dispoñible, dixo Wasserman. Ao mesmo tempo, a calidade da auga da mina provocou unha grave ensuciación dos intercambiadores de calor de carcasa e tubos utilizados nestes primeiros refrixeradores centrífugos.
Para solucionar este problema, as minas comezaron a bombear aire frío da superficie ao chan. Aínda que isto aumenta a capacidade de refrixeración, a infraestrutura necesaria ocupa espazo no silo e o proceso require moita enerxía.
Para abordar estes problemas, as minas queren maximizar a cantidade de aire frío que chega ao chan a través das unidades de auga arrefriada.
Isto levou a Howden a introducir refrixeradores de parafuso amino en minas de Sudáfrica, primeiro en tándem despois dos refrixeradores centrífugos superficiais xa existentes. Isto levou a un cambio radical na cantidade de refrixerante que se pode subministrar a estas minas de ouro subterráneas profundas, o que resultou nunha diminución da temperatura media da auga superficial de 6-8 °C a 1 °C. A mina pode usar a mesma infraestrutura de tubaxes da mina, moitas das cales xa están instaladas, ao tempo que aumenta significativamente a cantidade de refrixeración subministrada ás capas máis profundas.
Aproximadamente 20 anos despois da introdución do WRV 510, Howden, un actor líder no mercado, desenvolveu o WRV 510, un compresor de parafuso de bloque grande cun rotor de 510 mm. Era un dos compresores de parafuso máis grandes do mercado naquel momento e coincidía co tamaño do módulo de refrixeración necesario para arrefriar esas minas profundas de Sudáfrica.
«Isto supón un cambio radical porque as minas poden instalar un único refrixerador de 10-12 MW en lugar dun grupo de refrixeradores», dixo Wasserman. «Ao mesmo tempo, o amoníaco como refrixerante ecolóxico é moi axeitado para combinacións de compresores de parafuso e intercambiadores de calor de placas».
As consideracións sobre o amoníaco formalizáronse nas especificacións e normas de seguridade para o amoníaco na industria mineira, e Howden desempeñou un papel importante no proceso de deseño. Estas normas actualizáronse e incorporáronse á lexislación surafricana.
Este éxito queda demostrado pola instalación de máis de 350 MW de capacidade de refrixeración con amoníaco por parte da industria mineira de Sudáfrica, considerada a maior do mundo.
Pero a innovación de Howden en Sudáfrica non se detivo aí: en 1985 a empresa engadiu unha máquina de xeo de superficie á súa crecente gama de arrefriadores para minas.
A medida que as opcións de refrixeración superficial e subterránea se maximizan ou se consideran demasiado caras, as minas necesitan unha nova solución de refrixeración para expandir aínda máis a minería a niveis máis profundos.
Howden instalou a súa primeira planta de fabricación de xeo (exemplo a continuación) en 1985 na EPM (mina propietaria de East Rand) ao leste de Johannesburgo, que ten unha capacidade total de refrixeración final duns 40 MW e unha capacidade de xeo de 4320 t/h.
A base da operación é a formación de xeo na superficie e o seu transporte a través da mina ata unha presa de xeo subterránea, onde a auga da presa de xeo circula en estacións de arrefriamento subterráneas ou se utiliza como auga de proceso para perforar pozos. O xeo derretido bombease entón de volta á superficie.
A principal vantaxe deste sistema de fabricación de xeo é a redución dos custos de bombeo, o que reduce os custos operativos asociados aos sistemas de auga refrixerada superficialmente en aproximadamente un 75-80 %. Todo se reduce á "enerxía de refrixeración inherente almacenada nas transicións de fase da auga", dixo Wasserman, explicando que 1 kg/s de xeo ten a mesma capacidade de refrixeración que 4,5-5 kg/s de auga conxelada.
Debido á "eficiencia de posicionamento superior", a presa subterránea pode manterse a 2-5 °C para mellorar o rendemento térmico da estación subterránea de refrixeración por aire, maximizando de novo a capacidade de refrixeración.
Outra vantaxe da particular relevancia dunha central eléctrica de xeo en Sudáfrica, un país coñecido pola súa inestable rede eléctrica, é a capacidade do sistema para ser utilizado como método de almacenamento de calor, onde o xeo se crea e acumula en presas de xeo subterráneas e durante os períodos de máxima demanda.
Este último beneficio levou ao desenvolvemento dun proxecto de colaboración industrial apoiado por Eskom no marco do cal Howden está a investigar o uso de máquinas de xeo para reducir a demanda máxima de electricidade, con casos de proba en Mponeng e Moab Hotsong, as minas subterráneas máis profundas do mundo.
«Conxelamos a presa pola noite (fóra do horario de atención) e empregamos auga e xeo derretido como fonte de refrixeración para a mina durante as horas punta», explicou Wasserman. «As unidades de refrixeración da base apáganse durante os períodos punta, o que reduce a carga na rede».
Isto levou ao desenvolvemento dunha máquina de xeo integrada en Mponeng, onde Howden completou o traballo, incluíndo o equipamento civil, eléctrico e mecánico para unha máquina de xeo de 12 MW e 120 t/h.
As incorporacións recentes á estratexia principal de refrixeración de Mponeng inclúen xeo brando, auga arrefriada superficialmente, arrefriadores de aire superficiales (BAC) e un sistema de refrixeración subterráneo. A presenza nas augas da mina de concentracións elevadas de sales e cloruros disoltos durante o traballo.
A ampla experiencia de Sudáfrica e o seu enfoque en solucións, non só en produtos, continúan a transformar os sistemas de refrixeración de todo o mundo, afirma.
Como mencionou Wasserman, a medida que máis e máis minas se adentran en máis profundidade e espazo nas minas, é doado ver solucións como esta noutras partes do mundo.
Meinhardt afirmou: «Howden leva décadas exportando a súa tecnoloxía de refrixeración para minas profundas a Sudáfrica. Por exemplo, subministramos solucións de refrixeración para minas de ouro subterráneas en Nevada na década de 1990».
«Unha tecnoloxía interesante empregada nalgunhas minas surafricanas é o almacenamento de xeo térmico para a transferencia de carga: a enerxía térmica almacénase en grandes presas de xeo. O xeo prodúcese durante as horas punta e utilízase durante as horas punta», dixo. «Tradicionalmente, as unidades de refrixeración están deseñadas para unha temperatura ambiente máxima que pode alcanzar as tres horas ao día durante os meses de verán. Non obstante, se tes a capacidade de almacenar enerxía de refrixeración, podes reducir esa capacidade».
«Se tes un plan cunha tarifa punta bastante alta e queres actualizar a tarifas máis baratas durante os períodos de baixa demanda, estas solucións para fabricar xeo poden supoñer unha boa idea comercial», dixo. «O capital inicial para a planta pode compensar os custos operativos máis baixos».
Ao mesmo tempo, o BAC, que se leva décadas empregando nas minas surafricanas, está a gañar cada vez máis importancia a nivel mundial.
En comparación cos deseños tradicionais de BAC, a última xeración de BAC ten unha maior eficiencia térmica que os seus predecesores, límites de temperatura do aire na mina máis baixos e unha pegada máis pequena. Tamén integran un módulo de refrixeración baixo demanda (CoD) na plataforma Howden Ventsim CONTROL, que axusta automaticamente a temperatura do aire do colo para satisfacer as necesidades do subsolo.
Durante o ano pasado, Howden entregou tres BAC de nova xeración a clientes no Brasil e Burkina Faso.
A empresa tamén é capaz de producir solucións personalizadas para condicións operativas difíciles; un exemplo recente é a instalación «exclusiva» de refrixeradores de amoníaco BAC para OZ Minerals na mina de Carrapateena, no sur de Australia.
«Howden instalou condensadores secos con compresores de amoníaco Howden e refrixeradores de aire seco de circuíto pechado en Australia ante a ausencia de auga dispoñible», dixo Wasserman sobre a instalación. «Dado que se trata dunha instalación "seca" e non de refrixeradores de pulverización abertos instalados en sistemas de auga, estes refrixeradores están deseñados para unha eficiencia máxima».
A empresa está a probar actualmente unha solución de monitorización do tempo de funcionamento para unha planta BAC terrestre de 8 MW (na imaxe de abaixo) deseñada e construída na mina Yaramoko Fortuna Silver (anteriormente Roxgold) en Burkina Faso.
O sistema, controlado pola planta de Howden en Johannesburgo, permite á empresa asesorar sobre posibles melloras de eficiencia e mantemento para manter a planta funcionando ao máximo. A unidade BAC do complexo mineiro Caraiba en Ero Copper, Brasil, tamén está deseñada para usar esta característica.
A plataforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) continúa a construír relacións sostibles de valor engadido e a empresa lanzará dous estudos de viabilidade de ventilación baixo demanda (VoD) no país en 2021.
Xusto na fronteira con Zimbabue, a empresa está a traballar nun proxecto que permitirá o vídeo baixo demanda para portas automáticas en minas subterráneas, o que permitirá que se abran a intervalos variables e proporcionen a cantidade xusta de aire de refrixeración dependendo das necesidades específicas do vehículo.
Este desenvolvemento tecnolóxico, que emprega a infraestrutura mineira dispoñible e as fontes de datos estándar, será unha parte importante dos produtos futuros de Howden.
A experiencia de Howden en Sudáfrica: aprenda a deseñar solucións de refrixeración para xestionar a mala calidade da auga nas súas minas de ouro profundas, como facer que as solucións sexan o máis eficientes enerxeticamente posible para evitar problemas na rede e como cumprir algúns dos requisitos de calidade do aire, temperatura e saúde laboral máis estritos do mundo. A regulación seguirá dando os seus froitos para as minas de todo o mundo.
International Mining Team Publishing Ltd 2 Claridge Court, Lower Kings Road Berkhamsted, Hertfordshire Inglaterra HP4 2AF, Reino Unido