A mina está ficando mais profunda a cada ano – 30 m, de acordo com relatórios da indústria.
À medida que a profundidade aumenta, também aumenta a necessidade de ventilação e resfriamento, e a Howden sabe disso por experiência trabalhando com as minas mais profundas da África do Sul.
A Howden foi fundada em 1854 por James Howden na Escócia como uma empresa de engenharia naval e entrou na África do Sul na década de 1950 para atender às necessidades das indústrias de mineração e energia.Na década de 1960, a empresa ajudou a equipar as profundas minas de ouro do país com todos os sistemas de ventilação e resfriamento necessários para extrair minério com segurança e eficiência a quilômetros de profundidade.
“Inicialmente, a mina usava apenas ventilação como método de resfriamento, mas à medida que a profundidade da mineração aumentava, o resfriamento mecânico era necessário para compensar a crescente carga de calor na mina”, Teunes Wasserman, chefe da divisão de Resfriamento e Compressores de Mina da Howden, disse ao IM.
Muitas minas de ouro profundas na África do Sul instalaram refrigeradores centrífugos Freon™ acima e abaixo do solo para fornecer o resfriamento necessário para o pessoal e equipamentos subterrâneos.
Apesar da melhoria no status quo, o sistema de dissipação de calor da máquina subterrânea provou ser problemático, pois a capacidade de resfriamento da máquina era limitada pela temperatura e pela quantidade de ar de exaustão disponível, disse Wasserman.Ao mesmo tempo, a qualidade da água da mina causava graves incrustações nos trocadores de calor de casco e tubo usados ​​nesses primeiros resfriadores centrífugos.
Para resolver esse problema, as minas começaram a bombear ar frio da superfície para o solo.Enquanto isso aumenta a capacidade de resfriamento, a infraestrutura necessária ocupa espaço no silo e o processo consome muita energia e energia.
Para resolver esses problemas, as minas desejam maximizar a quantidade de ar frio trazido para o solo por meio de unidades de água gelada.
Isso levou a Howden a introduzir resfriadores de parafuso amino em minas na África do Sul, primeiro em conjunto após os resfriadores centrífugos de superfície existentes.Isso levou a uma mudança radical na quantidade de refrigerante que pode ser fornecida a essas minas de ouro subterrâneas profundas, resultando em uma diminuição na temperatura média da superfície da água de 6-8°C para 1°C.A mina pode usar a mesma infraestrutura de minerodutos, muitos dos quais já estão instalados, enquanto aumenta significativamente a quantidade de resfriamento entregue às camadas mais profundas.
Aproximadamente 20 anos após o lançamento do WRV 510, a Howden, uma empresa líder no mercado na área, desenvolveu o WRV 510, um grande compressor de parafuso de bloco com um rotor de 510 mm.Era um dos maiores compressores de parafuso do mercado na época e correspondia ao tamanho do módulo do resfriador necessário para resfriar as profundas minas sul-africanas.
“Isso muda o jogo porque as minas podem instalar um único resfriador de 10-12 MW em vez de vários resfriadores”, disse Wasserman.“Ao mesmo tempo, a amônia como refrigerante verde é adequada para combinações de compressores de parafuso e trocadores de calor de placas.”
As considerações sobre amônia foram formalizadas em especificações e padrões de segurança para amônia para a indústria de mineração, com a Howden desempenhando um papel importante no processo de projeto.Eles foram atualizados e incorporados à lei sul-africana.
Este sucesso é evidenciado pela instalação de mais de 350 MW de capacidade de refrigeração de amônia pela indústria de mineração da África do Sul, que é considerada a maior do mundo.
Mas a inovação da Howden na África do Sul não parou por aí: em 1985 a empresa adicionou uma máquina de gelo de superfície à sua crescente linha de refrigeradores para minas.
Como as opções de resfriamento de superfície e subterrâneo são maximizadas ou consideradas muito caras, as minas precisam de uma nova solução de resfriamento para expandir ainda mais a mineração para níveis mais profundos.
A Howden instalou sua primeira planta de fabricação de gelo (exemplo abaixo) em 1985 na EPM (East Rand Proprietary Mine) a leste de Joanesburgo, que tem uma capacidade total final de resfriamento de cerca de 40 MW e uma capacidade de gelo de 4320 t/h.
A base da operação é a formação de gelo na superfície e o transporte através da mina até uma barragem de gelo subterrânea, onde a água da barragem de gelo é então circulada em estações de resfriamento subterrâneas ou utilizada como água de processo para perfuração de poços.O gelo derretido é então bombeado de volta para a superfície.
O principal benefício deste sistema de produção de gelo é a redução dos custos de bombeamento, o que reduz os custos operacionais associados aos sistemas de água gelada de superfície em aproximadamente 75-80%.Tudo se resume à inerente “energia de resfriamento armazenada nas transições de fase da água”, disse Wasserman, explicando que 1kg/s de gelo tem a mesma capacidade de resfriamento de 4,5-5kg/s de água congelada.
Devido à “eficiência de posicionamento superior”, a barragem subterrânea pode ser mantida a 2-5°C para melhorar o desempenho térmico da estação subterrânea de resfriamento de ar, novamente maximizando a capacidade de resfriamento.
Outra vantagem da particular relevância de uma usina de gelo na África do Sul, país conhecido por sua rede elétrica instável, é a capacidade do sistema de ser usado como método de armazenamento de calor, onde o gelo é criado e acumulado em barragens de gelo subterrâneas e durante os períodos de pico..
O último benefício levou ao desenvolvimento de um projeto de parceria da indústria apoiado pela Eskom sob o qual a Howden está investigando o uso de máquinas de gelo para reduzir a demanda de pico de eletricidade, com casos de teste em Mponeng e Moab Hotsong, as minas subterrâneas mais profundas do mundo.
“Congelamos a barragem à noite (depois do expediente) e usamos água e gelo derretido como fonte de resfriamento para a mina durante o horário de pico”, explicou Wasserman.“As unidades básicas de resfriamento são desligadas durante os períodos de pico, o que reduz a carga na rede.”
Isso levou ao desenvolvimento de uma máquina de gelo pronta para uso em Mponeng, onde a Howden concluiu o trabalho, incluindo equipamentos civis, elétricos e mecânicos para uma máquina de gelo de 12 MW e 120 t/h.
Adições recentes à estratégia central de resfriamento da Mponeng incluem gelo macio, água gelada de superfície, refrigeradores de ar de superfície (BACs) e um sistema de resfriamento subterrâneo.a presença nas águas da mina de concentrações elevadas de sais e cloretos dissolvidos durante o trabalho.
A vasta experiência da África do Sul e o foco em soluções, não apenas em produtos, continuam a transformar os sistemas de refrigeração em todo o mundo, diz ele.
Como Wasserman mencionou, à medida que mais e mais minas se aprofundam e ocupam mais espaço nas minas, é fácil ver soluções como essa encontradas em outras partes do mundo.
Meinhardt disse: “A Howden exporta sua tecnologia de resfriamento de minas profundas para a África do Sul há décadas.Por exemplo, fornecemos soluções de resfriamento para minas de ouro subterrâneas em Nevada na década de 1990.
“Uma tecnologia interessante usada em algumas minas da África do Sul é o armazenamento de gelo térmico para transferência de carga – a energia térmica é armazenada em grandes barragens de gelo.O gelo é produzido durante o horário de pico e usado durante o horário de pico”, disse ele.“Tradicionalmente, as unidades de refrigeração são projetadas para uma temperatura ambiente máxima que pode chegar a três horas por dia durante os meses de verão.No entanto, se você tiver a capacidade de armazenar energia de resfriamento, poderá reduzir essa capacidade.”
“Se você tem um plano com uma taxa de pico razoavelmente alta e deseja atualizar para taxas mais baratas fora dos períodos de pico, essas soluções de fabricação de gelo podem ser um forte caso de negócios”, disse ele.“O capital inicial para a planta pode compensar os custos operacionais mais baixos.”
Ao mesmo tempo, o BAC, que tem sido usado nas minas da África do Sul por décadas, está ganhando cada vez mais importância global.
Em comparação com os projetos BAC tradicionais, a última geração de BACs tem maior eficiência térmica do que seus antecessores, limites de temperatura de ar de mina mais baixos e uma pegada menor.Eles também integram um módulo de resfriamento sob demanda (CoD) na plataforma Howden Ventsim CONTROL, que ajusta automaticamente a temperatura do ar do colar para atender às necessidades do subsolo.
No ano passado, a Howden entregou três BACs de nova geração a clientes no Brasil e em Burkina Faso.
A empresa também é capaz de produzir soluções customizadas para condições operacionais difíceis;um exemplo recente é a instalação 'exclusiva' de resfriadores de amônia BAC para a OZ Minerals na mina de Carrapateena no sul da Austrália.
“A Howden instalou condensadores secos com compressores de amônia Howden e resfriadores de ar seco de circuito fechado na Austrália na ausência de água disponível”, disse Wasserman sobre a instalação.“Dado que esta é uma instalação 'seca' e não refrigeradores de spray abertos instalados em sistemas de água, esses refrigeradores são projetados para máxima eficiência.”
A empresa está atualmente testando uma solução de monitoramento de tempo de atividade para uma planta BAC onshore de 8 MW (foto abaixo) projetada e construída na mina Yaramoko Fortuna Silver (anteriormente Roxgold) em Burkina Faso.
O sistema, controlado pela planta da Howden em Joanesburgo, permite que a empresa aconselhe sobre possíveis melhorias de eficiência e manutenção para manter a planta operando em seu nível ideal.A unidade BAC no complexo de mineração de Caraíba em Ero Copper, Brasil, também foi projetada para usar esse recurso.
A plataforma Total Mine Ventilation Solutions (TMVS) continua a construir relacionamentos sustentáveis ​​de valor agregado e a empresa lançará dois estudos de viabilidade de Ventilação sob demanda (VoD) no país em 2021.
Bem na fronteira com o Zimbábue, a empresa está trabalhando em um projeto que permitirá vídeo sob demanda para portas automáticas em minas subterrâneas, permitindo que elas abram em intervalos variados e forneçam a quantidade certa de ar de resfriamento, dependendo das necessidades específicas do veículo.
Esse desenvolvimento de tecnologia, usando a infraestrutura de mineração disponível existente e fontes de dados prontas para uso, será uma parte importante dos futuros produtos da Howden.
A experiência da Howden na África do Sul: Aprenda como projetar soluções de resfriamento para lidar com a má qualidade da água em suas profundas minas de ouro, como tornar as soluções o mais eficientes possível em termos de energia para evitar problemas na rede elétrica e como atender a alguns dos mais rigorosos requisitos de qualidade do ar.Regulamento de requisitos de temperatura e saúde ocupacional em todo o mundo – continuará a render para minas em todo o mundo.
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